WO2007009546A1 - Druckfähige ätzmedien für siliziumdioxid- und siliziumnitridschichten - Google Patents

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WO2007009546A1
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pastes
fine particulate
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Werner Stockum
Armin Kuebelbeck
Jun Nakanowatari
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Merck Patent Gmbh
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    • C09K13/04—Etching, surface-brightening or pickling compositions containing an inorganic acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C15/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Definitions

  • the present invention relates to novel compositions in the form of printable etching media with non-Newtonian flow behavior for the etching of surfaces in applications for the production of solar cells and their use.
  • the present invention furthermore also relates to compositions in the form of etching and doping media which are suitable both for etching finest lines or structures in inorganic layers and for doping underlying layers.
  • they are corresponding particle-containing compositions, by means of which very selectively the finest lines and structures can be etched without damaging or attacking adjacent surfaces.
  • Oxide layers are patterned on a support material.
  • a crystalline silicon solar cell consists of a p-type substrate into which a homogeneously thick layer of an n-type substance, for example phosphorus, is diffused on the front side.
  • n-type substance for example phosphorus
  • a metallically conductive contact is applied to dissipate the current generated under the light.
  • the contact is usually produced by means of screen printing technology.
  • silicon nitride layers are to be etched.
  • the methods used must be modified and the etching pastes adapted in a suitable manner.
  • the surfaces of crystalline silicon solar cells are during the manufacturing process, and possibly also after the end, with occupied by thin inorganic layers. These layers have thicknesses in the range of 20 to 200 nm, in most cases in the range of 50 to 150 nm.
  • openings in the surface of the solar cell can be used, for example, to produce a so-called selective emitter, also called a 2-stage emitter.
  • a high n-type doping preferably by diffusing phosphor, is produced in the partial openings of a diffusion barrier located on the silicon in a subsequent diffusion step.
  • inorganic surfaces are understood as meaning oxide and nitride-containing compounds of silicon, in particular silicon oxide and silicon nitride surfaces.
  • the mode of action of such diffusion barriers are known to the person skilled in the art and described in the literature [A. Goetzberger; Voss; J. Knobloch, Solar Energy: Photovoltaics, Teubner Study Books Stuttgart 1997, pp 40; 107].
  • These diffusion barriers can be produced in many ways:
  • Very dense silicon dioxide layers are obtained, for example, by temperature treatment of silicon in an oxygen-containing atmosphere at temperatures in the region of 900 ° C. (thermal oxide).
  • - PE-CVD plasma enhanced CVD
  • LP-CVD low pressure CVD
  • silicon dioxide layers can be obtained, which constitute a diffusion barrier.
  • liquid systems are usually applied by spin coating on the substrate to be coated. Those skilled in the art are familiar with these systems as spin-on-glass (SOG).
  • the applied SiO 2 layer also remains as an anti-reflection passivation layer. This is frequently the case in particular with thermally grown SiO 2 .
  • Silicon nitride layers are used less as diffusion barriers in the art of crystalline solar cells, although in principle they are also suitable. Silicon nitride layers are used essentially as a passivation and antireflection layer.
  • a unitary mass is e.g. Quartz glass, window glass, borosilicate glass, as well as thin layers of these materials which are formed on other substrates (e.g., ceramics, metal sheets, silicon wafers) by various methods known to those skilled in the art (CVD, PVD, spin-on, thermal oxidation, and the like).
  • substrates e.g., ceramics, metal sheets, silicon wafers
  • glasses are understood as meaning silicon oxide and silicon nitride-containing materials which are present in the solid amorphous state of matter without crystallization of the glass components and which have a high degree of mismatch in the microstructure due to a lack of long-range ordering.
  • all glasses are detected (eg doped glasses such as borosilicate, phosphorus silicate, borophosphoruslicate glasses, color glasses, milk glasses, crystal glasses, optical glasses) which contain SiO 2 and other components.
  • doped glasses such as borosilicate, phosphorus silicate, borophosphoruslicate glasses, color glasses, milk glasses, crystal glasses, optical glasses
  • elements such as calcium, sodium, aluminum, lead, lithium, magnesium, barium, potassium, boron, beryllium, phosphorus, gallium, arsenic, antimony, lanthanum, zinc, thorium, copper, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, Molybdenum, vanadium, titanium, gold, platinum, palladium, silver, cerium, cesium, niobium, tantalum, zirconium, neodymium, praseodymium, which are in the form of oxides, carbonates, nitrates, phosphates, sulfates and / or halides in the glasses occur or act as doping elements in the glasses.
  • Doped glasses are z. Borosilicate, Phosphorsilikat-, Borsophosphorsilikatgläser, color, milk, crystal glasses and optical glasses.
  • the silicon nitride may also contain other elements such as boron, aluminum, gallium, indium, phosphorus, arsenic, or antimony.
  • definition of silicon oxide and silicon nitride-based systems As silicon oxide-based systems, all crystalline systems are defined below that do not fall under the definition given above of the amorphous SiO 2 glasses and are based on silicon dioxide, in particular the salts and esters of Orthosilicic acid and its condensation products - generally referred to by the skilled person as silicates - as well as quartz and glass ceramics.
  • SiO 2 -based systems which are composed of SiO 2 or "discrete” and / or linked [SiO 4 ] tetrahedra, such as island groups -, ring, chain, band, layer, framework silicates and other components, in particular elements / components such as calcium, sodium, aluminum, lithium, magnesium, barium, potassium, beryllium, scandium, manganese, iron, titanium, Zirconium, zinc, cerium, yttrium, oxygen, hydroxyl groups, halides.
  • silicon nitride-based systems all crystalline and semi-crystalline (usually referred to as microcrystalline) systems are defined in the following, which do not fall under the above definition of the amorphous silicon nitride glasses / layers. These include the Si 3 N 4 in its modifications Ci-Si 3 N 4 and ß-Si 3 N 4 and all crystalline and semi-crystalline SiN x -, SiN x : H layers.
  • the crystalline silicon nitride may contain other elements such as boron, aluminum, gallium, indium, phosphorus, arsenic, antimony.
  • etchants ie of chemically aggressive compounds leads to the dissolution of the, the attack of the etchant exposed material. In most cases, the goal is to completely remove the layer to be etched. The end of the etching is achieved by impinging on an opposite of the etchant. hend resistant layer. In addition, there are known to those skilled, partial etching of a layer to a usually defined desired thickness.
  • any structures can be selectively wet-chemically sintered into silicon oxide and silicon nitride-based glasses and other silicon oxide and silicon nitride-based systems or their surfaces and their layers of variable thickness by laser-assisted etching or after masking ([1 Howe, Thin Solid Films 232 (1993), 1; [2] J. Bühler, F. P. Steiner, H. Baltes, J. Micromech, Microeng., 7 (1997), DJ Monk, DS Soane, RT. , R1) or etched by dry etching ([3] M. Köhler " ⁇ tztechnischmaschinetechnik", Wiley VCH 1983).
  • the laser beam scans the entire etching pattern point by point or line by line in vector-oriented systems on the glass, which requires not only a high degree of precision but also considerable adjustment and time.
  • Photolithography Production of a negative or positive of the etching structure (depending on the lacquer), lacquering of the substrate surface (eg by spin coating with a liquid photoresist), drying of the photoresist, exposure of the lacquered substrate surface, development, rinsing, if necessary drying
  • etching the structures by: • Dipping process (eg wet etching in wet-chemical benches): Immersion of the substrates in the etching bath, etching, repeated rinsing in H 2 O
  • the etching solution is applied to a rotating substrate, the etching can be done without / with energy input (e.g., IR or UV irradiation), followed by rinsing and
  • the photoresist covering the protective areas of the substrate must be removed. This can be done by solvents such as acetone or dilute aqueous alkaline solutions. Finally, the substrates are rinsed and dried.
  • silicon oxide and silicon nitride-based glasses and other silicon oxide and silicon nitride-based systems and their layers of variable thickness are immersed in etching baths, which usually contain the toxic and highly corrosive hydrofluoric acid and optionally additives of other mineral acids.
  • etching media in the form of printable, homogeneous, particle-free etching pastes with non-Newtonian flow behavior for etching inorganic, glassy amorphous or crystalline surfaces, in particular of glasses or ceramics, preferably on SiO 2 or Silicon nitride-based systems, as well as the use of these etching media described.
  • these particle-free media in particular when printing on surfaces, problems resulted from inadequate stamina of the printed lines, dots or structures (insufficient structural integrity), resulting in a significant broadening of the originally printed lines (bleeding of the etching species on the substrate).
  • particulate etch pastes are used to etch a transparent conductive layer (eg, ITO).
  • the etching pastes used are prepared from molten water of crystallization containing iron chloride, glycehn and polymer particles. These compositions are suitable for etching lines with a width of about 1 mm. Experiments have shown that these etch pastes are not suitable for etching very thin lines with a width of less than 1 mm cleanly and without defects, regardless of whether polymer particles with a diameter of 0.01 microns or 30 microns for the production the pastes are used.
  • etching pastes can be advantageously improved if suitable, selected fine particulate powders are added.
  • suitable, selected fine particulate powders is added.
  • inorganic, fine particulate powders can be incorporated together with suitable polymer particles in the etching media.
  • inorganic powders can be incorporated together with those polymer particles which form a network in the pastes produced by physical interaction and / or chemical reaction with the other constituents of the medium, which simultaneously increases the viscosity of the composition.
  • the added polymer particles contribute to improving the printability of the medium, while the added inorganic particles have an advantageous effect on the subsequent cleaning step.
  • the solution of the present object is achieved by using appropriate powders in compositions for etching inorganic, glassy or crystalline surfaces selected from the group of glasses based on silicon oxide and the glasses based on silicon nitride.
  • compositions according to the invention can be printed in the form of pastes in the finest, uniform and homogeneous lines and structures.
  • the object of the present application is therefore also achieved by providing a novel printable composition in the form of a paste for etching inorganic, glassy or crystalline surfaces selected from the group of glasses based on silicon oxide and the glasses based on silicon nitride, which inorganic fine particulate powder and optionally polymer powder consisting of a material selected from the group consisting of polystyrene, polyacrylic, polyamide, polyimide, polymethacrylate, melamine, urethane, benzoguanine, phenolic resin, silicone resin, fluorinated polymers (PTFE, PVDF, etc.) , and micronized wax, in the presence of at least one etching component, solvent, thickener, optionally at least one inorganic and / or organic acid, and optionally additives such as defoamers, thixotropic agents, leveling agents, deaerators, contains adhesion promoters, and which at temperatures in the Range of 30 to 500 0 C is effective or optionally can be activated
  • Preferred groups of particles which find use in the compositions for etching in the form of pastes according to the invention are the subject of claims 2 to 11.
  • Features of the compositions prepared with the fine particulate powders are subject matter of claims 12 to 26.
  • the present invention is further a process for etching inorganic, glassy, crystalline surfaces according to claims 27 to 30.
  • the present invention thus relates in particular to the use of finely particulate inorganic and / or organic powders in compositions for etching inorganic, glassy or crystalline surfaces selected from the group of glasses based on silicon oxide and the glasses based on silicon nitride, in particular corresponding layers that are of importance in photovoltaics.
  • the present invention thus also relates in particular to compositions in the form of a printable etching paste for etching and optionally suitable for doping inorganic glassy or crystalline layers selected from the group of glasses based on silicon dioxide and the glasses based on silicon nitride, based on crystalline or amorphous
  • Polymers PTFE, PVDF), and optionally micronized waxes, and optionally inorganic particles from the group aluminum oxides, calcium fluoride, boron oxide, sodium chloride, d) at least one flux additive, e) optionally a homogeneously dissolved organic thickener, f) optionally at least one inorganic and / or organic acid, and optionally, g) additives such as defoamers, thixotropic agents, leveling agents,
  • Corresponding printable etching media according to the invention contain in particular at least one inorganic powder in the form of fine particulate graphite and / or carbon black and / or fine particulate organic powder in the form of fine particulate plastic powders selected from the group
  • compositions are particularly suitable in which an inorganic powder is contained whose particles have a relative particle diameter of ⁇ 5 microns.
  • Fine particulate organic powders contained therein may have a relative particle diameter in the range of 10 nm to 50 ⁇ m.
  • organic powders are preferably incorporated in the media, with a relative particle diameter in the range of 100 nm to 30 .mu.m, and very particularly preferably from 1 .mu.m to 10 .mu.m.
  • the etching media may contain powders in an amount of from 1 to 80% by weight, based on the total amount.
  • etching media containing powders in an amount of 10 to 50% by weight, especially in an amount of 20 to 40% by weight based on the total amount may be used it is advantageously contained inorganic powder having a relative particle diameter of ⁇ 5 microns in an amount of at least 0, 5 to 5 wt.% Based on the total amount of the etching medium.
  • At least one etching component is contained in the etching media according to the invention.
  • suitable etching media may contain one or more caustic components in an amount of from 12 to 30% by weight, based on the total amount. Good results are achieved with such etching media, the latter being in an amount in the range of 2 to 20 wt .-% are included. Particularly preferred are in the application of such media in which the proportion of corrosive components in the range of 5 to 15 wt.%, Based on the total amount, since these compositions at the desired high etching rates lead to very selective etching results.
  • the particulate powders added to the compositions cause an increase in viscosity. Related to this are improved
  • additional thickening agents may be incorporated in the etching media in an amount of 0.5-25% by weight, based on the total amount. It may be one or more homogeneously dissolved thickeners from the group cellulose / cellulose derivatives and / or starch / starch derivatives and / or polyvinylpyrollidone
  • Polymers based on acrylates or functionalized vinyl units act.
  • thickening agents are added in an amount of from 3 to 20% by weight, based on the total amount of the etching medium.
  • etching-active components in etching media are also suitable for doping semiconductor layers suitable. It has therefore been found to be advantageous for the printable etching paste compositions according to the invention to contain one or more forms of phosphoric acid, phosphoric acid salts or compounds which on heating give the corresponding
  • Phosphoric acid are decomposed. Since the phosphoric acids can also be doped at very high temperatures, this has the advantage that it is possible to etch directly one after the other by using only one composition, and then the underlying, exposed layer can be doped.
  • the present invention thus relates to a composition in the form of a paste which comprises at least one inorganic mineral acid selected from the group of hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid, as etching component and / or optionally at least one organic acid which is a straight-chain or branched one Alkyl radical having 1-10 C-atoms, selected from the group of alkylcarboxylic acids containing hydroxycarboxylic acids and dicarboxylic acids.
  • Suitable organic acids are those selected from the group consisting of formic acid, acetic acid, lactic acid and oxalic acid.
  • the proportion of organic and / or inorganic acids in a concentration range from 0 to 80 wt .-% based on the total amount of the medium. It has proved to be advantageous if the added acids each have a pK s value between 0 and 5.
  • monohydric or polyhydric alcohols such as glycerol, 1,2-propanediol, 1,4-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5
  • Pentanediol 2-ethyl-1-hexenol, ethylene glycol, diethylene glycol and
  • Dipropylene glycol, and their ethers such as, ethylene glycol monobutyl ether,
  • Triethylene glycol monomethyl ether diethylene glycol monobutyl ether
  • Dipropylene glycol monomethyl ether and esters such as [2,2-butoxy- (ethoxy)] - ethyl acetate, carbonic acid esters such as propylene carbonate, ketones, such as
  • Acetophenone, methyl-2-hexanone, 2-octanone, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone and 1-methyl-2-pyrrolidone as such or in a mixture in the Composition of the etching medium according to the invention be contained, in an amount of 10 to 90 wt .-%, preferably in an amount of 15 to 85 wt .-%, based on the total amount 5 of the medium.
  • the etching paste compositions contain, in addition to the abovementioned components for improving the properties, additives selected from the group of defoamers, thixotropic agents, leveling agents, deaerators, and adhesion promoters. Based on the total amount, the composition used by the user may contain from 0 to 5% by weight of additives.
  • compositions according to the invention are their viscosity.
  • the viscosity is the substance-dependent fraction of the frictional resistance, which counteracts the movement when moving adjacent liquid layers.
  • the shear resistance in a fluid layer between two sliding surfaces arranged in parallel and moving relative to each other is proportional to the rate of shear G.
  • the proportionality factor is a substance constant called dynamic viscosity which has the dimension m Pa s. For Newtonian or pure viscous fluids, the proportionality
  • the etching pastes according to the invention have particularly good properties if, owing to their overall composition, they have a viscosity in a range from 6 to 35 Pa * s at a shear rate of 25 s -1 at 20 ° C.
  • etching pastes according to the invention are admixed with inorganic and / or organic fine particulate powders which also contribute to the thickening of the media.
  • particle-free etching media for etching fine structures and lines ⁇ 100 ⁇ m are described, in which homogeneously distributed polymer serves for thickening.
  • polymer particles are suitable for this purpose, which interact with the other components of the composition and form a network by chemical bonds or purely physical interaction at the molecular level.
  • the relative particle diameters of these systems can be in the range from 10 nm to 30 ⁇ m.
  • Corresponding advantageous polymer particles with a relative particle diameter in the range of 1 to 10 microns have proven to be particularly advantageous.
  • Particles which are particularly suitable for the purpose according to the invention may consist of the following materials:
  • particulate thickeners may be added to the etching medium in amounts of from 1 to 50% by weight, advantageously in the range from 10 to 50% by weight, in particular from 25 to 35% by weight.
  • particulate polymeric thickeners based on
  • Etching media in which inorganic, fine particulate powder selected from the group carbon black and graphite are characterized in particular by a significantly improved cleaning behavior.
  • Etching at temperatures up to 500 0 C, in particular up to 390 0 C, but also after doping at temperatures up to 1050 0 C, the remains of the etching can be rinsed in a simple manner, without having to rinse, because corresponding ⁇ tzpastenreste solve advantageously particulate from the surface and can be rinsed off easily, without that they settle again elsewhere.
  • the particulate thickening leads to an improved staying power of the etching medium.
  • the particles form a skeletal structure in the etching medium. Similar structures are known to the person skilled in the art by highly dispersed silicic acid (eg Aerosil®).
  • highly dispersed silicic acid eg Aerosil®
  • silica or modified silica can not be used for thickening of the etching medium due to their reactivity with respect to the etching component used.
  • silica in the presence of silica, a chemical reaction with NH 4 HF 2 occurs when this serves as an etching component.
  • the amount of solvent or water required for the rinsing process is reduced because residues of the etching media, following the etching process, are released from the treated surface as particles by the fine-particle inorganic powders contained therein and can be washed away without residue.
  • the solvents, etching components, thickening agents, particles and additives are successively mixed together and kept for a sufficient time stirred until a viscous paste with thixotropic properties has formed.
  • the stirring can be carried out with heating to a suitable temperature.
  • the components are stirred together at room temperature.
  • Preferred uses of the printable etching pastes according to the invention are given for the described methods for structuring oxide layers applied to a carrier material, for producing solar cells with selective emitter layer on the light incidence side and for producing solar cells with selective emitter layer on the light incidence side and back surface Field on the back.
  • the etch pastes can be printed through a fine mesh screen containing the stencil sheet (or etched metal screens).
  • the pastes are burned in, whereby the electrical and mechanical properties can be determined.
  • stoving firing through the dielectric layers
  • the applied etching pastes can be washed off after a certain exposure time with a suitable solvent or solvent mixture. The etching effect is stopped by the washing.
  • Particularly suitable printing methods are essentially screen-printed screen printing or stencil printing without bounce.
  • the projection a of a screen is usually several 100 ⁇ m with an angle ⁇ between the edge of the squeegee, which pushes the etching printing paste over the screen, and the screen.
  • the screen is held by a screen frame while the squeegee is passed over the screen at squeegee speed v and squeegee pressure P.
  • the etching paste is pushed over the sieve.
  • the screen touches the substrate linearly on the doctor blade width. Due to the contact between the sieve and the substrate, the screen printing paste in the free sieve meshes is largely concentrated on the sub- strat transferred. No screen printing paste is transferred to the substrate in the areas covered by the sieve mesh. This makes it possible to selectively transfer screen printing paste to certain areas of the substrate.
  • the lifting of the squeegee takes place from the sieve.
  • the sieve is stretched evenly with a sieve tensioner with hydraulic / pneumatic pulling and clamping device.
  • the control of the wire tension is done by defined sag of the screen of a certain area at a certain weight with a dial gauge.
  • the squeegee pressure (P), the printing speed (V), the jump (a) and the path of the squeegee can be set with varying degrees of automation of the experimental and production operations.
  • Printing screens used herein are usually made of plastic or steel wire mesh. Depending on the desired layer thickness and line width, it is possible for a person skilled in the art to select fabrics with different wire diameters and mesh sizes. These fabrics are directly or indirectly patterned with photosensitive materials (emulsion layer). For the printing of the finest lines and the necessary high precision of successive prints, metal stencils can advantageously be used, which are likewise provided directly or indirectly with a hole structure or line structure.
  • an etching paste as described, for example, in Example 1, is produced.
  • a thermal SiO 2 of about 100 nm thickness can be removed by the screen printing method.
  • the etching is then terminated by immersing the Si wafer in water and then rinsing with the help of a finely divided water jet.
  • wafers are selected from p-doped Cz-silicon with ⁇ 100> orientation.
  • texturing on the surface can be generated by a short, basic etching, which allows the light incidence geometry to be reflected. improved xionsminderung.
  • On the back of a thin doping lacquer layer containing a boron-containing compound spin coated and dried.
  • the prepared wafers are placed in a rack and placed in a pre-heated to 1000 to 1100 0 C oven. An oxygen atmosphere is set in the furnace so that an oxide layer is formed directly on all surfaces of the wafer not covered by the boron doping lacquer layer.
  • boron is expelled from the dopant layer and diffuses into the back of the wafer. It form about 1 to 5 microns deep p + -doped areas.
  • back surface field The oxide layers formed on the front side can now be patterned with the etching pastes described above.
  • these oxide layers can be formed as masks for high n + phosphorus dopants for the formation of selective emitter layers, while in the masked regions a much lower n + doping is sought.
  • the application of the electrical contacts on the front and back of the cell takes place. This can be done by two successive Siebdruck intimide with a paste that can contain conductive silver particles and / or aluminum in addition to the binders and oxidic additives. After printing, the printed contacts are baked at about 700 to 800 0 C.
  • compositions as described by this application are improved, printable etch pastes which are eminently suitable for etching surfaces of glasses which elements are selected from the group of calcium, sodium, aluminum, lead, lithium, magnesium , Barium, potassium, boron, beryllium, phosphorus, gallium, arsenic, antimony, lanthanum, scandium, zinc, thorium, copper, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, molybdenum, vanadium, titanium, Gold, platinum, palladium, silver, cerium, cesium, niobium, tantalum, zirconium, yttrium, neodymium and praseodymium.
  • the novel etch pastes with thixotropic, non-Newtonian properties are used to structure silicon dioxide or nitride layers during the manufacturing process of products for photovoltaics, semiconductor technology, high-performance electronics, solar cells or photodiodes in a suitable manner.
  • composite etching media are also used in the mineralogical or glass industry, and for the production of viewing windows for fittings or measuring devices, glass slides for outdoor applications, for the production of etched glass surfaces in the medical, decorative and sanitary sector, for the production of etched glass containers for cosmetics , Food and beverages, for the production of markings or markings on containers and in the manufacture of flat glass, for the structuring of glasses for flat screen applications or for mineralogical, geological and microstructural investigations.
  • compositions are applied in screen, stencil, pad, stamp, inkjet and manual printing processes. These are procedures with a high degree of automation and throughput. A manual application of the etching media according to the invention is also possible.
  • the new etching media are suitable for the most demanding applications and can be used for the production of glass substrates for solar cells or for heat collectors. They can be used to etch SiO 2 - or silicon nitride-containing glasses as uniform solid nonporous and porous solids or corresponding nonporous and porous glass layers of variable thickness produced on other substrates. In this context, these etching media are particularly suitable for removing silicon oxide / doped silicon oxide and silicon nitride layers, for selective opening.
  • the etching medium is applied over the entire surface or selectively in a suitable manner in one process step to the semiconductor surface to be etched, optionally activated by introduction of energy, and after an exposure time of 10 s-15 min, preferably
  • the etching may be at elevated temperatures in the range of 30 to 500 0 C, preferably in the range of 200 to 450 0 C, take place. Most preferably, the etching is carried out with the novel etching media according to the invention in a temperature range of 320 to 390 0 C.
  • the media according to the invention can be applied over the entire area in a simple manner by methods which are known to the person skilled in the art. Selective the new media can also be applied with an etch template only in those places where an etching is desired. After etching has taken place over the entire area or at selectively printed areas, doping may be followed by further heating, or the used etching medium is rinsed off with a solvent or solvent mixture or burned off by heating. Preferably, the etching medium is rinsed with water after etching.
  • the paste is printed in a single process step on the surface to be etched and removed after a predetermined exposure time at a suitable temperature again.
  • the surface is etched and patterned at the printed areas, while leaving unprinted areas in their original condition.
  • the etching can be done with or without energy input, z. B. in the form of heat radiation or with IR
  • the actual etching process is then terminated by washing the surface with water and / or a suitable solvent. det. Namely, after the etching has taken place, the residues of the particle-containing etching media are rinsed off from the etched and optionally doped surfaces with a suitable solvent.
  • the surface to be etched may, as previously stated, be a surface or partial surface of silicon oxide or silicon nitride based glass and other silicon oxide and silicon nitride based systems, and / or a surface or partial surface on a porous and nonporous layer of glass and other silicon oxide and silicon nitride based systems on a support material.
  • the described new etching pastes show particularly advantageous properties in comparison to known compositions. Particularly with regard to the surface cleaning following the etching process, the new formulations have more optimal properties. The improved properties are particularly evident when using appropriate etching media in paste form.
  • the pastes produced in particular by the addition of fine particulate, inorganic powders (graphite and / or carbon black) and / or fine particulate organic powders (plastic powders), show improved properties during printing but also during and after the etching of SiN x - or SiO 2 -
  • the new etching media, or paste formulations consists here in particular that the added inorganic powder at the high temperatures during etching at 320-400 0 C do not melt. As a result, the effective etching medium reacts only at the desired locations.
  • the new etching media prove to be particularly advantageous during the cleaning of the etched and optionally doped surfaces. Usually, this is done with ultrapure, deionized water (Bi-dest) in the ultrasonic bath.
  • a substantially improved cleaning can be achieved by the use of a salt-like additive (flux additive) in the etching paste.
  • a flux additive is added to the paste, which has a melting point ⁇ 300 ° C and a decomposition point> 400 ° C, while it is very readily soluble in water. After the etching step at 320 -390 0 C the cooled paste residue can be considerably better detached during the subsequent rinsing operation.
  • Suitable flux additives have been found to be compounds selected from the group consisting of dimethylammonium chloride, diammonium hydrogenphosphate, diethylamine phosphate, urea, magnesium stearate, sodium acetate, triethanolamine hydrochloride and oxalic acid dihydrate. They may be added to the etching media singly or in admixture for this purpose. According to the invention, these flux additives may be present in the etching media in an amount of from 0.05 to 25% by weight, based on the total amount. Particularly good properties are exhibited by those media in which one or more flux additives are present in an amount of up to 17% by weight.
  • Etching paste consisting of a particulate thickener
  • the mixture is then stirred vigorously.
  • the now ready-to-use paste can be printed with a 280 mesh stainless steel mesh sieve.
  • polyester or similar sieve materials can be used.
  • the etch paste produced has proven to be storage stable for a long time while retaining the advantageous etching properties.
  • compositions of the invention having advantageous properties are given in the attached tables.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues druckfähiges Ätzmedium mit nichtnewtonschem Fließverhalten zum Ätzen von Oberflächen in der Herstellung von Solarzellen sowie dessen Verwendung. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin auch Ätz- und Dotiermedien, welche sowohl zum Ätzen von anorganischen Schichten als auch zum Dotieren darunter liegender Schichten geeignet sind. Insbesondere handelt es sich um entsprechende partikelhaltige Zusammensetzungen, durch die sehr selektiv feinste Strukturen geätzt werden können, ohne angrenzende Flächen zu beschädigen oder anzugreifen.

Description

Druckfähige Ätzmedien für Siliziumdioxid- und Siliziumnitridschichten
Die vorliegende Erfindung betrifft neue Zusammensetzungen in Form von druckfähigen Ätzmedien mit nichtnewtonschem Fließverhalten zum Ätzen von Oberflächen in Anwendungen zur Herstellung von Solarzellen sowie deren Verwendung. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin auch Zusammensetzungen in Form von Ätz- und Dotiermedien, welche sowohl zum Ätzen von feinsten Linien oder Strukturen in anorganischen Schichten als auch zum Dotieren darunter liegender Schichten geeignet sind. Insbesondere handelt es sich um entsprechende par- tikelhaltige Zusammensetzungen, durch die sehr selektiv feinste Linien und Strukturen geätzt werden können, ohne angrenzende Flächen zu beschädigen oder anzugreifen.
Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung
Während des Herstellungsprozesses von Solarzellen müssen u. a. O- xidschichten auf einem Trägermaterial strukturiert werden. Üblicherweise besteht eine kristalline Silizium-Solarzelle aus einem p-leitenden Substrat, in das auf der Vorderseite eine homogen dicke Schicht einer n-leitenden Substanz, beispielsweise Phosphor, eindiffundiert wird. Auf der Vorder- und Rückseite des Wafers wird zur Ableitung des unter Lichteinfall erzeugten Stroms eine metallisch leitende Kontaktierung aufgebracht. Im Hinblick auf eine kostengünstige und massenfertigungstaugliche Herstellungsweise wird die Kontaktierung üblicherweise mittels Siebdrucktechnik erzeugt.
Neben den Oxidschichten, die im Rahmen der Solarzellenherstellung strukturiert werden müssen, sind auch Siliziumnitridschichten zu ätzen. Zur Ätzung von entsprechenden Nitridschichten müssen die angewandten Methoden abgewandelt und die Ätzpasten in geeigneter Weise an- gepasst werden.
Die Oberflächen kristalliner Silizium Solarzellen sind während des Herstellungsprozesses, und gegebenenfalls auch nach dessen Ende, mit dünnen anorganischen Schichten belegt. Diese Schichten haben Stärken im Bereich von 20 bis 200 nm, in den meisten Fällen im Bereich von 50 bis 150 nm.
Im Verlauf des Produktionsprozesses der kristallinen Silizium-Solarzellen ist es daher in mehreren Prozessschritten vorteilhaft, in diese anorganischen Schichten der Solarzelle feine Linien einzuätzen.
Diese Öffnungen in der Oberfläche der Solarzelle können beispielsweise zur Erzeugung eines sogenannten selektiven Emitters, auch 2- Stufen-Emitter genannt, verwendet werden. Dazu wird in die partiellen Öffnungen einer auf dem Silizium befindlichen Diffusionsbarriere in einem nachfolgenden Diffusionsschritt, eine hohe n-Dotierung, bevorzugt durch eindiffundierenden Phosphor, erzeugt.
Unter anorganischen Oberflächen werden in der vorliegenden Beschreibung oxidische und nitridhaltige Verbindungen des Siliziums verstanden, insbesondere Siliziumoxid- und Siliziumnitrid-Oberflächen. Die Wirkungsweise solcher Diffusionsbarrieren sind dem Fachmann bekannt und in der Literatur beschrieben [A. Goetzberger; B. Voß; J. Knobloch, Sonnenenergie: Photovoltaik, Teubner Studienbücher Stuttgart 1997, pp 40; 107]. Diese Diffusionsbarrieren können dabei auf vielfältige Weise erzeugt werden:
Sehr dichte Siliziumdioxid-Schichten werden beispielsweise durch Temperaturbehandlung von Silizium in sauerstoffhaltiger Atmosphäre bei Temperaturen im Bereich von 9000C erhalten (thermisches Oxid).
Dem Fachmann ebenfalls bekannt ist die Abscheidung von Siliziumdioxid per CVD-Verfahren. Je nach Reaktionsführung unterscheidet man dabei u.a. in folgende Verfahren
- APCVD (athmospheric pressure CVD)
- PE-CVD (plasma enhanced CVD) . LP-CVD (low pressure CVD) Diesen Verfahren ist gemeinsam, dass aus der Gasphase eines flüchtigen Precursors, im Beispiel von Siliziumdioxid sind dies beispielsweise Silan (SiH4) oder TEOS (Tetraethylorthosilikat), durch zersetzende Ab- Scheidung des Precursors auf dem Zielsubstrat, die gewünschte anorganische Verbindung erhalten wird.
Auch mittels nasschemischer Beschichtung mit einem flüssigen oder gelösten festen Presursor in einem Lösungsmittel oder Lösungsmittel- gemisch, können Siliziumdioxid-Schichten erhalten werden, die eine Diffusionssperre darstellen. Diese flüssigen Systeme werden meist per Spin-Coating auf das zu beschichtende Substrat aufgetragen. Dem Fachmann sind diese System als Spin-on-Glass (SOG) bekannt.
in vielen Fällen verbleibt die aufgebrachte SiO2 Schicht auch als reflexmindernde Passivierungsschicht. Dies ist insbesondere bei thermisch gewachsenem SiO2 häufig der Fall.
Siliziumnitrid-Schichten werden in der Technik kristalliner Solarzellen weniger als Diffusionsbarrieren verwendet, obwohl sie dazu prinzipiell ebenfalls geeignet sind. Siliziumnitrid-Schichten werden im wesentlichen als Passivierungs- und Antireflex-Schicht verwendet.
Bei der Herstellung von kristallinen Silizium-Solarzellen ist es vorteilhaft, auch in Siliziumnitrid-Schichten gezielt Öffnungen erzeugen zu können. Als Beispiel sei hier die Auftragung elektrisch leitfähiger Pasten genannt. Üblicherweise werden diese Metallpasten bei Temperaturen im Bereich von 6000C durch die Siliziumnitrid-Schicht „hindurchgefeuert", wodurch ein elektrischer Kontakt zur Emitterschicht ermöglicht wird. Bedingt durch die hohen Temperaturen können polymerbasierende (E- poxy- oder Phenolharz) Metallisierungspasten nicht verwendet werden. Auch entstehen bei dem „Fire-Through-Process" Kristalldefekte und metallische Kontaminationen im darunter liegenden Silizium. Systembedingt wird außerdem die Passivierungsschicht vollständig durch die darüber liegende aufgedruckte Metallpaste zerstört. Vorteilhafter wäre eine partielle, schmalere Öffnung der Siliziumnitrid-Schicht zur elektrischen Kontaktierung, und Erhalt der Passivierungsschicht in den Rand- bereichen, die durch die darüber liegende Metallisierungsschicht abgedeckt sind.
Neben den reinen Diffusionsbarrieren, bestehend aus Siliziumdioxidoder Siliziumnitrid, bzw. können auch dünne Glasschichten bei der Herstellung von kristallinen Silizium-Solarzellen verwendet werden.
Definition von Glas: An sich wird unter Glas eine einheitliche Masse z.B. Quarzglas, Fensterglas, Borosilikatglas, als auch dünne Schichten dieser Materialien verstanden, die auf anderen Substraten (z.B. Keramiken, Metallblechen, Siliziumwafer) durch verschiedene, dem Fachmann bekannten Verfahren (CVD, PVD, Spin-on, thermische Oxidation u. a.) erzeugt werden.
Im folgenden werden unter Gläsern Siliziumoxid- und Siliziumnitrid - enthaltende Materialien verstanden, die ohne Auskristallisation der Glaskomponenten im festen amorphen Aggregatzustand vorliegen und in der Mikrostruktur aufgrund fehlender Fernordnung einen hohen Fehl- ordnungsgrad aufweisen.
Es werden neben dem reinen SiO2-GIaS (Quarzglas) alle Gläser erfasst (z.B. dotierte Gläser wie Borosilikat-, Phosphorsilikat-, Borophosphorsi- likatgläser, Färb-, Milch-, Kristallgläser, optische Gläser), die SiO2 und andere Komponenten enthalten, insbesondere Elemente wie z.B. Kalzium, Natrium, Aluminium, Blei, Lithium, Magnesium, Barium, Kalium, Bor, Berylium, Phosphor, Gallium, Arsen, Antimon, Lanthan, Zink, Thorium, Kupfer, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Molybdän, Vanadium, Titan, Gold, Platin, Palladium, Silber, Cerium, Cäsium, Niob, Tan- tal, Zirkonium, Neodym, Praseodym, welche in Form von Oxiden, Karbonaten, Nitraten, Phosphaten, Sulfaten und/oder Halogeniden in den Gläsern auftreten oder als Dotierungselemente in den Gläsern fungieren. Dotierte Gläser sind z. B. Borosilikat-, Phosphorsilikat-, Bo- rophosphorsilikatgläser, Färb-, Milch-, Kristallgläser und optische Glä- ser.
Das Siliziumnitrid kann ebenfalls andere Elemente, wie Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Phosphor, Arsen, oder Antimon enthalten. Definition von Siliziumoxid- und Siliziumnitrid-basierenden Systemen: Als Siliziumoxid-basierende Systeme werden im folgenden alle kristallinen Systeme definiert, die nicht unter die oben gegebene Definition der amorphen SiO2-Gläser fallen und auf Siliziumdioxid basieren, das können insbesondere die Salze und Ester der Orthokieselsäure und deren Kondensationsprodukte sein- allgemein vom Fachmann als Silikate bezeichnet - sowie Quarz und Glaskeramiken.
Weiterhin werden andere auf Siliziumoxid- und Siliziumnitrid- basierende Systeme, insbesondere die Salze und Ester der Orthokieselsäure und deren Kondensationsprodukte mit erfasst. Es werden neben dem reinen SiO2 (Quarz, Tridymit, Cristobalit) alle SiO2-basierende Systeme erfasst, die aus SiO2 bzw. aus „diskreten" und/oder verknüpften [SiO4]- Tetraedern aufgebaut sind wie z.B. Insel-, Gruppen-, Ring-, Ketten-, Band-, Schicht-, Gerüstsilikate und andere Komponenten enthalten, insbesondere Elemente/Komponenten wie z.B. Kalzium, Natrium, Aluminium, Lithium, Magnesium, Barium, Kalium, Berylium, Scandium, Mangan, Eisen, Titan, Zirkonium, Zink, Cerium, Yttrium, Sauerstoff, Hydroxylgruppen, Halogenide.
Als Siliziumnitrid-basierende Systeme werden im folgenden alle kristallinen und teilkristallinen (meist als mikrokristallin bezeichneten) Systeme definiert, die nicht unter die oben gegebene Definition der amorphen Si- Iiziumnitrid-Gläser/-Schichten fallen. Dazu zählen das Si3N4 in seinen Modifikationen Ci-Si3N4 und ß-Si3N4 und alle kristallinen und teilkristallinen SiNx-, SiNx:H Schichten. Das kristalline Siliziumnitrid kann andere Elemente wie Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Phosphor, Arsen, Antimon enthalten.
Ätzen von Strukturen
Durch Anwendung von Ätzmitteln, d.h. von chemisch aggressiven Verbindungen kommt es zur Auflösung des, dem Angriff des Ätzmittels ausgesetzten Materials. In den meisten Fällen ist es das Ziel, die zu ätzende Schicht vollständig zu entfernen. Das Ende der Ätzung wird erreicht durch das Auftreffen auf eine gegenüber dem Ätzmittel weitge- hend resistente Schicht. Daneben gibt es die dem Fachmannbekannte, partielle Abätzung einer Schicht auf eine meist definierte Sollstärke.
Ätzen von Strukturen auf Siliziumoxid- und Siliziumnitrid basierenden Gläsern und anderen Siliziumoxid- und Siliziumnitrid-basierenden Systemen:
Nach dem heutigen Stand der Technik können beliebige Strukturen se- lektiv in Siliziumoxid- und Siliziumnitrid-basierende Gläser und andere Siliziumoxid- und Siliziumnitrid -basierende Systeme bzw. deren Oberflächen und deren Schichten variabler Dicke direkt durch lasergestützte Ätzverfahren oder nach erfolgter Maskierung nasschemisch ([1] DJ. Monk, D.S. Soane, RT. Howe, Thin Solid Films 232 (1993), 1 ; [2] J. Bühler, F.-P. Steiner, H. Baltes, J. Micromech. Microeng. 7 (1997), R1) bzw. durch Trockenätzverfahren geätzt werden ([3] M. Köhler „Ätzverfahren für die Mikrotechnik", Wiley VCH 1983).
Bei den lasergestützten Ätzverfahren rastert der Laserstrahl das gesam- te Ätzmuster Punkt für Punkt bzw. Linie für Linie bei vektororientierenden Systemen auf dem Glas ab, was neben einem hohen Präzisionsgrad auch einen beträchtlichen Justier- und Zeitaufwand erfordert.
Die nasschemischen und Trockenätzverfahren beinhalten materialin- tensive, zeit- und kostenaufwendige Prozessschritte:
A. Maskierung der nicht zu ätzenden Bereiche, z.B. durch:
• Fotolithografie: Herstellung eines Negativs oder Positivs der Ätzstruk- tur (abhängig vom Lack), Belackung der Substratoberfläche (z. B. durch Schleuderbelackung mit einem flüssigen Fotolack), Trocknen des Fotolacks, Belichtung der belackten Substratoberfläche, Entwicklung, Spülen, ggf. Trocknen
B. Ätzen der Strukturen durch: • Tauchverfahren (z.B. Nassätzen in Nasschemiebänken): Eintauchen der Substrate in das Ätzbad, Ätzvorgang, mehrfaches Spülen in H2O-
Kaskadenspülbecken, Trocknen
• Spin-on oder Sprühverfahren: Die Ätzlösung wird auf ein drehendes Substrat aufgebracht, der Ätzvorgang kann ohne/mit Energieeintrag (z.B. IR- oder UV-Bestrahlung) erfolgen, danach folgen Spülen und
Trocknen
• Trockenätzverfahren wie z.B. Plasmaätzen in teuren Vakuumanlagen oder Ätzen mit reaktiven Gasen in Durchflussreaktoren
C. Entfernen des Fotolackes:
In einem letzten Prozessschritt muss der die schützenden Bereiche des Substrates abdeckende Fotolack entfernt werden. Dieses kann durch Lösungsmittel, wie beispielsweise Aceton, oder verdünnte wässrige alkalische Lösungen geschehen. Abschließend werden die Substrate ge- spült und getrocknet.
Ganzflächiges Ätzen von Siliziumoxid- und Siliziumnitrid- basierenden Gläsern und anderen Siliziumoxid- und Siliziumnitrid- basierenden Systemen:
Um Siliziumoxid- und Siliziumnitrid- basierende Gläser und andere Siliziumoxid- und Siliziumnitrid- basierende Systeme und deren Schichten variabler Dicke ganzflächig vollständig oder nur bis in eine bestimmte Tiefe zu ätzen, werden vorwiegend Nassätzverfahren genutzt. Die SiIi- ziumoxid- und Siliziumnitrid- basierenden Gläser und andere Siliziumoxid- und Siliziumnitrid- basierende Systeme und deren Schichten variabler Dicke werden in Ätzbäder, die meist die giftige und stark ätzende Flusssäure und gegebenenfalls Zusätze anderer Mineralsäuren enthalten, getaucht.
Die Nachteile der beschriebenen Ätzverfahren liegen in den zeit-, mate- rial-, kostenintensiven und in teilweise technologisch und sicherheits- technisch aufwendigen und häufig diskontinuierlich durchgeführten Prozessschritten begründet.
In der internationalen Anmeldung WO 01/83391 A werden Ätzmedien in Form von druckfähigen, homogenen, partikelfreien Ätzpasten mit nicht- newtonschem Fließverhalten zum Ätzen von anorganischen, glasartigen amorphen oder kristallinen Oberflächen, insbesondere von Gläsern o- der Keramiken, vorzugsweise auf Siθ2- oder Siliziumnitrid-basieren- den Systemen, sowie die Verwendung dieser Ätzmedien beschrieben. In der Anwendung dieser partikelfreien Medien ergaben sich insbesondere beim Bedrucken von Oberflächen Probleme durch ungenügendes Stehvermögen der aufgedruckten Linien, Punkte oder Strukturen (ungenügende Strukturtreue), so dass es zu einer deutlichen Verbreiterung der ursprünglich aufgedruckten Linien kommt (Verlaufen der Ätzspezies auf dem Untergrund).
In US 5,688,366 A werden partikelhaltigen Ätzpasten zum Ätzen einer transparent leitfähigen Schicht (z. B. ITO) verwendet. Die verwendeten Ätzpasten werden hergestellt aus aufgeschmolzenem, Kristallwasser enthaltendem Eisenchlorid, Glycehn und Polymerpartikeln. Diese Zusammensetzungen sind geeignet, Linien mit einer Breite von etwa 1 mm zu ätzen. Versuche haben gezeigt, dass diese Ätzpasten nicht geeignet sind, sehr dünne Linien mit einer Breite von weniger als 1 mm sauber und ohne Fehlstellen zu ätzen, und zwar unabhängig davon, ob Polymerpartikel mit einem Durchmesser von 0,01 μm oder von 30 μm zur Herstellung der Pasten eingesetzt werden.
Aufgabenstellung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, neue, kostengünstige Ätzpasten zum Ätzen von sehr gleichmäßigen dünnen Linien mit einer Breite von weniger als 100 μm, insbesondere von weniger als 80 μm, und von feinsten Strukturen auf Siliziumdioxid- und/oder Siliziumnitrid- Schichten, welche sich auf Silizium-Solarzellen befinden, zur Verfügung zu stellen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, neue Ätzmedien zur Verfügung zu stellen, die nach dem Ätzen, gegebenenfalls unter Einwirkung von Wärme, in einfacher Weise ohne Rückstände zu hinterlassen von den behandelten Oberflächen zu entfernen sind.
Beschreibung der Erfindung
Durch neuere Versuche wurde nun gefunden, dass sich entgegen bisheriger Erfahrungen die drucktechnischen Eigenschaften von Ätzpasten vorteilhaft verbessern lassen, wenn geeignete, ausgewählte feinpartiku- läre Pulver zugesetzt werden. Als besonders geeignet hat sich die Zugabe von anorganischen, feinpartikulären Pulvern erwiesen. Diese können gemeinsam mit geeigneten Polymerpartikeln in die Ätzmedien eingearbeitet werden. Insbesondere können anorganische Pulver gemeinsam mit solchen Polymerpartikeln eingearbeitet werden, die in den her- gestellten Pasten durch physikalische Wechselwirkung und/oder chemische Reaktion mit den übrigen Bestandteilen des Mediums ein Netzwerk ausbilden, wodurch sich gleichzeitig die Viskosität der Zusammensetzung erhöht. Völlig unerwartet tragen die zugesetzten Polymerpartikel zur Verbesserung Druckfähigkeit des Mediums bei, während die zu- gesetzten anorganischen Partikel sich vorteilhaft auf den anschließenden Reinigungsschritt auswirken.
Demgemäss erfolgt die Lösung der vorliegenden Aufgabe durch Verwendung entsprechender Pulver in Zusammensetzungen zum Ätzen von anorganischen, glasartigen oder kristallinen Oberflächen, ausgewählt aus der Gruppe der Gläser basierend auf Siliziumoxid und der Gläser basierend auf Siliziumnitrid.
Bei geeigneter Wahl der zugesetzten partikulären Komponenten kann gegebenenfalls sogar ganz auf die Zugabe eines Verdickungsmittels verzichtet werden, welches üblicherweise in bekannten partikelfreien Pasten homogen verteilt ist. Entgegen aller Erwartung und für den Fachmann überraschend lassen sich die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen in Form von Pasten in feinsten, gleichmäßigen und ho- mogenen Linien und Strukturen drucken. Die Aufgabe der hiermit vorliegenden Anmeldung wird daher auch durch die Bereitstellung einer neuen druckbaren Zusammensetzung in Form einer Paste zum Ätzen von anorganischen, glasartigen oder kri- stallinen Oberflächen, ausgewählt aus der Gruppe der Gläser basierend auf Siliziumoxid und der Gläser basierend auf Siliziumnitrid, gelöst, welche anorganische feinpartikuläre Pulver und gegebenenfalls Polymerpulver, bestehend aus einem Material, ausgewählt aus der Gruppe Polystyrol, Polyacryl, Polyamid, Polyimid, Polymethacrylat, Melamin-, Ur- ethan- , Benzoguanine-, Phenolharz, Siliconharz, fluorierte Polymere (PTFE, PVDF u. a.), und mikronisiertes Wachs, enthält in Gegenwart von einer mindestens einer ätzenden Komponente, Lösungsmittel, Verdickungsmittel, gegebenenfalls mindestens einer anorganischen und/oder organischen Säure, sowie gegebenenfalls Additive wie Ent- schäumer, Thixotropiermittel, Verlaufsmittel, Entlüfter, Haftvermittler enthält, und welches bei Temperaturen im Bereich von 30 bis 500 0C wirksam ist oder gegebenenfalls durch Energieeintrag aktiviert werden kann. Bevorzugte Gruppen von Partikeln, welche Verwendung finden in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zum Ätzen in Form von Pasten sind Gegenstand der Ansprüche 2 - 11. Merkmale der mit den feinpartikulären Pulvern hergestellten Zusammensetzungen sind Gegenstand der Ansprüche 12 bis 26. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Ätzen von anorganischen, glasartigen, kristallinen Oberflächen gemäß der Ansprüche 27 bis 30.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Durch Versuche wurde gefunden, dass durch die Verwendung von feinpartikulären Pulvern in Zusammensetzungen zum Ätzen in Form von Pasten sowohl das Verhalten der Pasten während des Druckvorgangs als auch das erzielbare Ätzergebnis wesentlich verbessert werden kann. Überraschenderweise zeigte sich, dass durch den Zusatz ausgewählter feinpartikulärer Pulver die Kantenschärfe der geätzten Linien oder Strukturen erheblich verbessert werden kann, aber auch die Ei- genschaften der Zusammensetzungen günstig hinsichtlich der Standfestigkeit der gedruckten Linien bzw. Strukturen beeinflusst werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit insbesondere die Verwendung von feinpartikulären anorganischen und/oder organischen Pulvern in Zusammensetzungen zum Ätzen von anorganischen, glasar- tigen oder kristallinen Oberflächen, ausgewählt aus der Gruppe der Gläser basierend auf Siliziumoxid und der Gläser basierend auf Siliziumnitrid, insbesondere entsprechender Schichten, die in der Photovol- taik von Bedeutung sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind damit insbesondere auch Zusammensetzungen in Form einer druckbaren Ätzpaste zum Ätzen und gegebenenfalls geeignet zum Dotieren von anorganischen glasartigen oder kristallinen Schichten, ausgewählt aus der Gruppe der Gläser basierend auf Siliziumdioxid und der Gläser basierend auf Siliziumnitrid, die sich auf kristallinen oder amorphen Siliziumoberflächen befinden, worin a) mindestens eine ätzende Komponente, b) wenigstens ein Lösungsmittel, c) mindestens ein anorganisches Pulver in Form von feinpartiku- lärem Graphit und /oder Ruß, sowie gegebenenfalls feinpartikuläres organisches Pulver in Form von feinpartikulären Kunststoffpulvern, ausgewählt aus der Gruppe der Polystyrole, Polyacryle, Polyamide, Polyimide, Polymethacrylate, Melamin-, Urethane- , Benzoguanine-, Phenol- harze, Siliconharze, mikronisierte Cellulose und fluorierte
Polymere (PTFE, PVDF), und gegebenenfalls mikronisierte Wachse, sowie gegebenenfalls anorganische Partikel aus der Gruppe Aluminiumoxide, Calciumfluorid, Boroxid, Natriumchlorid, d) wenigstens ein Flussmittel-Additiv, e) gegebenenfalls ein homogen gelöstes organisches Verdickungsmittel, f) gegebenenfalls mindestens eine anorganische und/oder organische Säure, sowie gegebenenfalls, g) Additive wie Entschäumer, Thixotropiermittel, Verlaufsmittel,
Entlüfter, Haftvermittler enthalten sind. Entsprechende druckbare Ätzmedien enthalten erfindungsgemäß insbesondere wenigstens ein anorganisches Pulver in Form von feinpartikulärem Graphit und /oder Ruß und/oder feinpartikuläres organisches Pulver in Form von feinpartikulären Kunststoffpulvern, ausgewählt aus der Gruppe
Polystyrole, Polyacryle, Polyamide, Polyimide, Polymethacrylate, MeI- amin-, Urethane- , Benzoguanine-, Phenolharze, Siliconharze, mikroni- sierte Cellulose, fluorierte Polymere (PTFE, PVDF), und gegebenenfalls mikronisierte Wachse, sowie gegebenenfalls anorganische Partikel ausgewählt aus der Gruppe Aluminiumoxid, Calciumfluorid, Boroxid, Natriumchlorid.
Erfindungsgemäß sind solche Zusammensetzungen besonders geeig- net, worin ein anorganisches Pulver enthalten ist, dessen Partikel einen relativen Partikeldurchmesser von < 5 μm aufweisen.
Darin enthaltene feinpartikuläre, organische Pulver können einem relativen Partikeldurchmesser im Bereich von 10 nm bis 50 μm aufweisen. Bevorzugt werden in den Medien aber organische Pulver eingearbeitet, mit einem relativen Partikeldurchmesser im Bereich von 100 nm bis 30 μm und ganz besonders bevorzugt von 1 μm bis 10 μm.
Je nach gewünschtem Einsatzgebiet können die Ätzmedien Pulver in einer Menge von 1 bis 80 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge ent- halten. Zum Drucken und Ätzen von dünnen Linien und von feinen Strukturen können Ätzmedien verwendet werden, die Pulver in einer Menge von 10 bis 50 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von 20 bis 40 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge, enthalten, wobei darin vorteilhafter Weise anorganisches Pulver mit einem relativen Partikel- durchmesser von < 5 μm in einer Menge von mindestens 0, 5 bis 5 Gew. % bezogen auf die Gesamtmenge des Ätzmediums enthalten ist.
In den erfindungsgemäßen Ätzmedien ist wenigstens eine ätzende Komponente enthalten. In der Praxis hat sich erwiesen, dass geeignete Ätzmedien eine oder mehrere ätzende Komponenten in einer Menge von 12 bis 30 Gew.% bezogen auf die Gesamtmenge enthalten können. Gute Ergebnisse werden mit solchen Ätzmedien erzielt, worin letztere in einer Menge im Bereich von 2 bis 20 Gew.-% enthalten sind. Besonders bevorzugt sind in der Anwendung solche Medien, in denen der Anteil an ätzenden Komponenten im Bereich von 5 bis 15 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge liegt, da diese Zusammensetzungen bei den gewünschten hohen Ätzraten zu sehr selektiven Ätzergebnissen führen.
Die den Zusammensetzungen hinzugefügten partikulären Pulver bewirken eine Erhöhung der Viskosität. Damit verbunden sind verbesserte
10 Druckeigenschaften und die Möglichkeit, feinere Linien und Strukturen zu drucken und zu ätzen. Da die nach dem Drucken während des Ätzvorgangs auf die zu behandelnden Oberflächen aufgebrachten Zusammensetzungen eine geringere Neigung zum Verlaufen haben, können exaktere Linien geätzt werden. Dieses ist umso überraschender, da frü-
15 here Versuche, partikuläre Verdickungsmittel in den Zusammensetzungen zu verwenden, zu qualitativ ungeeigneten Ätzergebnissen führten. Durch die neueren Versuche wurde nun gefunden, dass zugesetzte feinpartikuläre Pulver und die übrigen Komponenten, so miteinander in Wechselwirkung treten müssen, dass nach dem intensiven Vermischen 0 der Einzelkomponenten eine homogene Mischung entsteht, welche eine geeignete Viskosität aufweist, die ein einfaches Verdrucken der Pasten ermöglicht aber ein Verlaufen nicht mehr zulässt.
Zur Einstellung der Viskosität und um ein vorteilhaftes Druckverhalten zu erzielen, können in die Ätzmedien zusätzliche Verdickungsmittel in einer Menge von 0,5 - 25 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge eingearbeitet sein. Es kann sich dabei um ein oder mehrere homogen gelöste Verdickungsmittel aus der Gruppe Cellulose/Cellulosederivate und/oder Stärke/Stärkderivate und/oder Polyvinylpyrollidon
Polymere auf der Basis von Acrylaten oder funktionalisierten Vinylein- heiten handeln.
Bevorzugt werden Verdickungsmittel in einer Menge von 3 bis 20 _ _ Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des Ätzmediums hinzugefügt.
OO
Wie aus der Literatur bekannt ist, sind verschiedene, als ätzende wirkende Komponenten in Ätzmedien auch zur Dotierung von Halbleiter- schichten geeignet. Es hat sich daher als vorteilhaft erwiesen, wenn die erfindungsgemäßen, druckbaren Ätzpastenzusammensetzungen eine oder verschiedene Formen der Phosphorsäure, Phosphorsäuresalze oder -Verbindungen, welche beim Erhitzen zu der entsprechenden
Phosphorsäure zersetzt werden, enthalten. Da durch die Phosphorsäuren bei sehr hohen Temperaturen auch eine Dotierung erfolgen kann, hat dieses den Vorteil, dass durch die Verwendung nur einer Zusammensetzung direkt nacheinander geätzt und anschließend die darunter liegende, freigelegte Schicht dotiert werden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine Zusammensetzung in Form einer Paste, die mindestens eine anorganische Mineralsäure, ausgewählt aus der Gruppe Salzsäure, Phosphorsäure, Schwe- feisäure, Salpetersäure, als ätzende Komponente und/oder gegebenenfalls mindestens eine organische Säure, welche einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 1 - 10 C-Atomen aufweisen kann, ausgewählt aus der Gruppe der Alkylcarbonsäuren, der Hydroxycarbonsäu- ren und der Dicarbonsäuren enthält. Geeignete organische Säuren sind solche, ausgewählt aus der Gruppe Ameisensäure, Essigsäure, Milchsäure und Oxalsäure.
Insgesamt kann in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen in Form von Ätzpasten der Anteil der organischen und/oder anorganischen Säuren in einem Konzentrationsbereich von 0 bis 80 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des Mediums liegen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die hinzugefügten Säuren jeweils einen pKs-Wert zwischen 0 bis 5 besitzen.
Neben Wasser als Lösungsmittel können ein- oder mehrwertige Alkoho- Ie, wie Glycerin, 1 ,2-Propandiol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,3-Butandiol, 1 ,5-
Pentandiol, 2-Ethyl-1-hexenol, Ethylenglykol, Diethylenglykol und
Dipropylenglykol, sowie deren Ether wie, Ethylenglycol-monobutylether,
Triethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonobutylether und
Dipropylenglykolmonomethylether und Ester wie [2,2-Butoxy-(Ethoxy)]~ Ethylacetat, Ester der Kohlensäure wie Propylencarbonat, Ketone, wie
Acetophenon, Methyl-2-hexanon, 2-Octanon, 4-Hydroxy-4-methyl-2- pentanon und 1-Methyl-2-pyrrolidon als solche oder im Gemisch in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung des Ätzmediums enthalten sein, und zwar in einer Menge von 10 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 15 bis 85 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge 5 des Mediums.
In der Verwendung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Ätzpastenzusammensetzungen außer den bisher genannten Komponenten zur Verbesserung der Eigenschaften Additive, ausgewählt aus der 10 Gruppe Entschäumer, Thixotropiermittel, Verlaufsmittel, Entlüfter, und Haftvermittler, enthalten. Bezogen auf die Gesamtmenge können in der vom Anwender eingesetzten Zusammensetzung 0 bis 5 Gew.-% Additive enthalten sein.
Eine wesentliche Eigenschaft der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ist deren Viskosität. Nach allgemein üblicher Definition ist die Viskosität der stoffabhängige Anteil des Reibungswiderstands, der beim Verschieben benachbarter Flüssigkeitsschichten der Bewegung entgegenwirkt. Nach Newton ist der Scherwiderstand in einer Flüssigkeitsschicht zwischen zwei parallel angeordneten und relativ zueinander bewegten Gleitflächen proportional dem Geschwindigkeits- bzw. Schergefälle G. Der Proportionalitätsfaktor ist eine Stoffkonstante, die als dynamische Viskosität bezeichnet wird und die Dimension m Pa s hat. Bei newtonschen oder reinviskosen Flüssigkeiten ist der Proportionalitäts-
_ _ faktor druck- und temperaturabhängig. Dabei wird der abhängigkeits-
25 grad von der stofflichen Zusammensetzung bestimmt. Inhomogen zusammengesetzte Flüssigkeiten oder Substanzen haben nicht- newtonsche oder strukturviskose Eigenschaften. Die Viskosität dieser Stoffe ist zusätzlich vom Schergefälle abhängig.
30
In der technischen Anwendung wurde gefunden, dass die erfindungsgemäßen Ätzpasten besonders gute Eigenschaften aufweisen, wenn sie aufgrund ihrer Gesamtzusammensetzung bei 20 0C eine Viskosität in einem Bereich von 6 bis 35 Pa * s bei einer Scherrate von 25 s"1 auf-
__ weisen, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 25 Pa * s bei einer Scher- o5 H rate von 25 s und insbesondere bei 15 bis 20 Pa * s bei einer Scherrate von 25 s"1 besitzen. Wie bereits oben erwähnt, hat es sich im Gegensatz zu bisherigen Erkenntnissen als Vorteil erwiesen, wenn den erfindungsgemäßen Ätzpasten anorganische und/oder organische feinpartikuläre Pulver zuge- setzt werden, die auch zur Verdickung der Medien beitragen. Noch in WO 01/83391 A werden partikelfreie Ätzmedien zum Ätzen von feinen Strukturen und Linien < 100 μm beschrieben, in denen homogen verteiltes Polymer zur Verdickung dient. Inzwischen hat sich gezeigt, dass durch Zusatz geeigneter feinpartikulärer anorganischer und/oder orga- nischer Pulver besonders dünne Linien gedruckt und geätzt werden können. Insbesondere sind für diesen Zweck Polymerpartikel geeignet, die mit den übrigen Komponenten der Zusammensetzung in Wechselwirkung treten und durch chemische Bindungen oder rein physikalische Wechselwirkung auf molekularer Ebene ein Netzwerk ausbilden. Die re- lativen Partikeldurchmesser dieser Systeme können dabei im Bereich von 10 nm bis 30 μm liegen. Als besonders vorteilhaft haben sich entsprechende Polymerpartikel mit einem relativen Partikeldurchmesser im Bereich von 1 bis 10 μm erwiesen. Für den erfindungsgemäßen Zweck besonders geeignete Partikel können aus folgenden Materialien bestehen:
- Polystyrol
- Polyacryl
- Polyamid - Polyethylen
- Ethylen-Vinylacetat-Copolymer
- Ethylen/Acrylsäure/Acrylsaäureester-Terpolymer
- Ethylen/ Acrylsaäureester/Maleinsäureanhydrid-Terpolymer
- Polypropylen - Polyimid
- Polymethacrylat
- Melamin-, Urethan- , Benzoguanine-, Phenolharz
- Siliconharz
- fluorierte Polymere (PTFE, PVDF,...), und - mikronisierte Wachse In den Versuchen erwies sich die Verwendung eines sehr feinteiligen Polyethylen-Pulvers, das beispielsweise derzeit durch die Firma DuPont PolymerPowders Switzerland unter dem Handelsnamen COATHYLENE HX® 1681 , mit relativen Partikeldurchmessem d50-Wert von 10 μm vertrieben wird, als besonders geeignet.
Diese partikulären Verdickungsmittel können dabei in Mengen von 1 bis 50 Gew. %, vorteilhaft im Bereich von 10 bis 50 Gew. %, insbesondere von 25 bis 35 Gew. % dem Ätzmedium zugesetzt werden.
Prinzipiell geeignet sind auch partikuläre polymere Verdickungsmittel basierend auf
- Polystyrol - Polyacryl
- Polyamid
- Polyimid
- Polymethacrylat
- Melamin-, Urethan- , Benzoguanine-, Phenolharz - Siliconharz.
Ätzmedien, in denen anorganische, feinpartikuläre Pulver ausgewählt aus der Gruppe Ruß und Graphit zeichnen sich insbesondere durch ein wesentlich verbessertes Reinigungsverhalten aus. Nach dem Ätzen bei Temperaturen bis zu 500 0C, insbesondere bis zu 3900C, aber auch nach dem Dotieren bei Temperaturen bis zu 10500C lassen sich die Reste der Ätzmedien in einfacher Weise abspülen, ohne dass ein Nachspülen erfolgen muss, weil sich entsprechende Ätzpastenreste vorteilhafter Weise partikulär von der Oberfläche lösen und sich einfach abspülen lassen, ohne dass sie sich erneut an anderer Stelle wieder absetzen.
Gegenüber den in der WO 01/83391 A beschriebenen partikelfreien Ätzpasten konnten durch Zusatz der erfindungsgemäßen, partikulären Verdickungsmittel folgende Verbesserungen erzielt werden: I. Die partikuläre Verdickung führt zu einem verbesserten Stehvermögen des Ätzmediums. Die Partikel bilden dabei eine skelettartige Struktur im Ätzmedium aus. Ähnliche Strukturen sind dem Fach- mann durch hochdisperse Kieselsäure (z.B. Aerosil®) bekannt. Insbesondere beim Sieb- oder Schablonendruck der Ätzpasten kann durch die vorliegende Erfindung eine Verbreiterung der gedruckten Strukturen durch Zerfliesen weitgehend verhindert oder zumindest stark eingeschränkt werden. Die bedruckte, und damit durch Paste abgedeckte Fläche entspricht daher weitgehend der im Sieb- bzw.
Schablonenlayout vorgegebenen Fläche.
Viele anorganische Partikel, wie z. B. Kieselsäure oder auch modifizierte Kieselsäure, können aufgrund ihrer Reaktivität gegenüber der eingesetzten Ätzkomponente nicht zur Verdickung des Ätzmediums eingesetzt werden. Beispielsweise erfolgt in Gegenwart von Kieselsäure eine chemische Reaktion mit NH4HF2, wenn dieses als Ätzkomponente dient.
II. Mit Hilfe der partikulären Verdickung werden außerdem bei Ver- wendung der gleichen Siebe bzw. Schablonen während des Drückens Linien höherer Druckhöhe bei gleichbleibender Breite gedruckt als bei Verwendung von entsprechenden partikelfreien Pasten, wie beispielsweise in WO 01/83391 A beschrieben. Dieses führt gleichzeitig zu einem höheren Auftrag pro Flächeneinheit an Ätz- komponente. Sollen nun dickere Siliziumdioxid-, bzw. Siliziumnitrid-
Schichten (>100 nm) geätzt werden, ist dieses für die vollständige Ätzung von besonderem Vorteil.
III. Die ausgeprägteren strukturviskosen, bzw. thixotropen Eigenschaf- ten der neuen Ätzpasten wirken sich besonders vorteilhaft für den
Sieb- bzw. Schablonendruck aus und führen zu erheblich verbesserten Ergebnissen. Insbesondere zeigt sich dieses in einer verkürzten Ätzzeit, bzw. bei gleichbleibender Ätzzeit in einer erhöhten Ätzrate und vor allem in einer größeren Ätztiefe bei dickeren Schichten.
IV. Die mit der Zugabe erfindungsgemäßer Polymerpartikel verbundene Verdickung führt zu einem erheblich geringeren Bindevermögen der Ätzpaste. Bei gezielter Auswahl der zugesetzten Partikel wird überraschenderweise eine erhöhte Ätzrate und damit eine deutlich gesteigerte Ätztiefe erzielt bei gleicher Menge zugegebener Ätzkom- ponente.
V. Die bei gleichen Druckbedingungen, d.h. bei Verwendung des gleichen Siebes und der gleichen Druckparameter, erreichte deutlich größere Druckhöhe bewirkt des weiteren ein deutlich verzögertes Abtrocknen der gedruckten Ätzspezies. Dadurch kann die Ätzspezies länger auf den Untergrund einwirken. Dies ist insbesondere bei beschleunigter Ätzung unter erhöhten Temperaturen wichtig. Zudem lässt sich die nach dem Ätzprozess zurückbleibende Masse deutlich leichter im abschließenden Reinigungsprozess entfernen, und zwar insbesondere weil sich die Pastenreste feinteilig von den Oberflächen lösen.
Wesentliche Verbesserungen der vorliegenden Zusammensetzungen ergeben sich vor allem durch ein erheblich verbessertes Siebdruckver- halten, wodurch ein kontinuierliches Bedrucken ohne Unterbrechungen von zu behandelnden Oberflächen ermöglicht wird. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Ätzpasten sind erheblich feinere Ätzstrukturen möglich, da die Pasten bei Zugabe gleicher Mengen Verdickungsmittel in Gegenwart von Polymerpartikeln höhere Viskositäten aufweisen. Hierdurch ist es möglich, die Pasten im Druck mit einer höheren Pastenschicht aufzutragen und in Folge die Schichten tiefer zu ätzen. Durch das verbesserte Spülverhalten (Waferreinigung) nach dem Ätzen verkürzt sich auch die für die anschließende Reinigung benötigte Zeit. Außerdem verringert sich die für den Spülvorgang benötigte Lö- sungsmittel- bzw. Wassermenge, weil sich Reste der Ätzmedien im Anschluss an den Ätzvorgang durch die enthaltenen feinpartikulären anorganischen Pulver als Partikel von der behandelten Oberfläche lösen und rückstandslos wegspülen lassen.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden die Lösungsmittel, Ätzkomponenten, Verdickungsmittel, Partikel und Additive nacheinander miteinander vermischt und ausreichend lange gerührt bis sich eine viskose Paste mit thixotropen Eigenschaften gebildet hat. Das Verrühren kann unter Erwärmen auf eine geeignete Temperatur erfolgen. Üblicherweise werden die Komponenten bei Raum- temperatur miteinander verrührt.
Bevorzugte Verwendungen der erfindungsgemäßen, druckfähigen Ätzpasten ergeben sich für die beschriebenen Verfahren zur Strukturierung von auf einem Trägermaterial aufgebrachten Oxidschichten, zum Her- stellen von Solarzellen mit selektiver Emitterschicht auf der Lichteinfallseite und zum Erzeugen von Solarzellen mit selektiver Emitterschicht auf der Lichteinfallseite und Back-Surface-Field auf der Rückseite.
Zum Aufbringen auf die zu behandelnden Flächen können die Ätzpas- ten durch ein feinmaschiges Sieb, das die Druckschablone enthält (oder geätzte Metallsiebe) gedruckt werden. In einem weiteren Schritt kann beim Siebdruckverfahren nach der Dickschichttechnik (Siebdruck von leitfähigen Metallpasten) ein Einbrennen der Pasten erfolgen, wodurch die elektrischen und mechanischen Eigenschaften festgelegt werden können. Statt dessen kann bei Verwendung der erfindungsgemäßen Ätzpasten auch das Einbrennen (durchfeuern durch die dielektrischen Schichten) entfallen und die aufgebrachten Ätzpasten nach einer bestimmten Einwirkzeit mit einem geeigneten Lösungsmittel, bzw. Lösungsmittelgemisch abgewaschen werden. Dabei wird die Ätzwirkung durch das Abwaschen gestoppt.
Als besonders geeignete Druckverfahren werden im wesentlichen der Siebdruck mit Siebabsprung oder der Schablonendruck ohne Absprung verwendet. Beim Siebdruck beträgt der Absprung a eines Siebes übli- cherweise mehrere 100 μm mit einem Anstellwinkel α zwischen der Kante des Rakels, die die Ätzdruckpaste über das Sieb schiebt, und dem Sieb. Das Sieb wird durch einen Siebrahmen gehalten, während der Rakel mit der Rakelgeschwindigkeit v und dem Rakeldruck P über das Sieb geführt wird. Hierbei wird die Ätzpaste über das Sieb gescho- ben. Das Sieb berührt hierbei linienförmig auf Rakelbreite das Substrat. Durch den Kontakt zwischen Sieb und Substrat wird die in den freien Siebmaschen befindliche Siebdruckpaste weitestgehend auf das Sub- strat übertragen. In den durch die Siebmaschen abgedeckten Arealen wird keine Siebdruckpaste auf das Substrat übertragen. Dadurch ist es möglich, gezielt Siebdruckpaste auf bestimmte Bereiche des Substrats zu übertragen.
Nach dem Bewegungsende E erfolgt das Abheben des Rakels vom Sieb. Das Sieb wird mit einem Siebspanngerät mit hydraulischer/pneumatischer Zug- und Klemmvorrichtung gleichmäßig gespannt. Die Kontrolle der Siebspannung erfolgt durch definierten Durchhang des Siebes einer bestimmten Fläche bei einem bestimmten Gewicht mit einer Messuhr. Mit speziellen pneumatischen/hydraulischen Druckmaschinenlassen sich Rakeldruck (P), die Druckgeschwindigkeit (V), der Absprung (a) und der Weg des Rakels (horizontal und vertikal, Anstellwinkel) mit unterschiedlichem Automatisierungsgrad der Arbeitsschritte für Versuchs- und Produktionsbetrieb einstellen.
Hierbei verwendete Drucksiebe bestehen üblicherweise aus Kunststoffoder Stahldrahtgeweben. Dem Fachmann ist es hierbei möglich, je nach gewünschter Schichtdicke und Linienbreite, Gewebe mit unterschiedli- chen Drahtdurchmessern und Maschenweiten zu wählen. Diese Gewebe werden mit fotosensiblen Materialien (Emulsionsschicht) direkt oder indirekt strukturiert. Für den Druck feinster Linien und bei notwendiger hoher Präzision aufeinanderfolgender Drucke, können vorteilhaft Metallschablonen eingesetzt werden, die ebenfalls direkt oder indirekt mit einer Lochstruktur oder Linienstruktur versehen werden.
Zur Durchführung des Ätzens wird eine Ätzpaste, wie beispielsweise in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt. Mit einer solchen Ätzpaste kann nach dem Siebdruckverfahren ein thermisches SiO2 von ca. 100 nm Di- cke entfernt werden. Die Ätzung wird anschließend durch Eintauchen des Si-Wafers in Wasser und anschließendes Spülen mit Hilfe eines fein verteilten Wasserstrahls beendet.
Zur Herstellung von Solarzellen werden beispielsweise Wafer aus p- dotierten Cz-Silizium mit <100>-Orientierung ausgewählt. Bei diesen kann durch eine kurze, basische Ätzung eine Texturierung auf der O- berfläche erzeugt werden, welche die Lichteinfallsgeometrie zur Refle- xionsminderung verbessert. Auf der Rückseite kann eine dünne Dotierlackschicht, welche eine Bor-haltige Verbindung enthält, aufgeschleudert und getrocknet werden. Die so vorbereiteten Wafer werden in eine Horde eingestellt und in einen auf 1000 bis 1100 0C vorgeheizten Ofen eingebracht. Im Ofen ist eine Sauerstoffatmosphäre eingestellt, so dass sich unmittelbar auf allen nicht von der Bordotierlackschicht bedeckten Oberflächen der Wafer eine Oxidschicht ausbildet. Gleichzeitig wird Bor aus der Dotierlackschicht ausgetrieben und diffundiert in die Rückseite der Wafer ein. Es bilden sich dabei ca. 1 bis 5 μm tief p+-dotierte Gebiete aus. Dem Fachmann ist diese Ausführungsform einer Solarzelle unter dem Begriff „Back-Surface-Field" bekannt. Die auf der Vorderseite ausgebildeten Oxidschichten lassen sich nun mit den oben beschriebenen Ätzpasten strukturieren.
Beispielsweise lassen sich diese Oxidschichten als Maskierungen für hohe n+-Phosphor-Dotierungen zur Ausbildung von selektiven Emitterschichten ausbilden, während in den maskierten Bereichen eine deutlich geringere n+-Dotierung angestrebt wird.
Nach dem Auftrennen des pn-Übergangs, welcher zu Kurzschlüssen in der Solarzelle führen würde, beispielsweise durch Plasmaätzung oder Auftrennen mit einem LASER-Strahl, erfolgt die Aufbringung der elektrischen Kontakte auf der Vorder- und Rückseite der Zelle. Dies kann durch zwei aufeinander erfolgende Siebdruckschritte mit einer Paste erfolgen, die neben den Bindemitteln und oxidischen Zuschlägen leitfähige Silberpartikel und/oder Aluminium enthalten kann. Nach dem Aufdrucken werden die gedruckten Kontakte bei ca. 700 bis 800 0C eingebrannt.
Bei Zusammensetzungen, wie sie durch diese Anmeldung beschrieben werden, handelt es sich um verbesserte, druckfähige Ätzpasten, welche hervorragend einsetzbar sind zum Ätzen von Oberflächen von Gläsern, welche Elemente ausgewählt aus der Gruppe Kalzium, Natrium, Alumi- nium, Blei, Lithium, Magnesium, Barium, Kalium, Bor, Beryllium, Phosphor, Gallium, Arsen, Antimon, Lanthan, Scandium, Zink, Thorium, Kupfer, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Molybdän, Vanadium, Titan, Gold, Platin, Palladium, Silber, Cer, Cäsium, Niob, Tantal, Zirkonium, Yttrium, Neodym und Praseodym enthalten.
Erfindungsgemäß werden die neuen Ätzpasten mit thixotropen, nicht- newtonschen Eigenschaften dazu verwendet, Siliziumdioxid oder -nitridschichten während des Herstellungsprozesses von Produkten für die Photovoltaik, Halbleitertechnik, Hochleistungselektronik, von Solarzellen oder Photodioden in geeigneter Weise zu strukturieren. Wie be- schrieben zusammengesetzte Ätzmedien sind darüber hinaus einsetzbar in der Mineralogie oder Glasindustrie, sowie zur Herstellung von Sichtfenstern für Armaturen oder Messgeräten, von Glasträgern für Außenanwendungen, zur Herstellung von geätzten Glasflächen im medizinischen, dekorativen und Sanitärbereich, zur Herstellung von geätzten Glasbehältnissen für Kosmetikartikel, Lebensmittel und Getränke, zur Herstellung von Markierungen oder Kennzeichnungen auf Behältern und in der Flachglasherstellung, zur Strukturierung von Gläsern für Flachbildschirmanwendungen oder für mineralogische, geologische und mikrostrukturelle Untersuchungen.
Zum Ätzen und Dotieren der zu behandelnden Oberflächen können die
Zusammensetzungen in Sieb-, Schablonen-, Tampon-, Stempel-, InkJet- und manuellen Druckverfahren aufgebracht werden. Es handelt sich dabei um Verfahren mit hohem Automatisierungsgrad und Durchsatz. Ein manuelles Auftragen der erfindungsgemäßen Ätzmedien ist ebenfalls möglich.
Aufgrund der besonderen physikalischen Eigenschaften, sowohl bei Raumtemperaturen als auch bei erhöhten Temperaturen, sind die neuen Ätzmedien für höchst anspruchsvolle Anwendungen geeignet und können zur Herstellung von Glasträgern für Solarzellen oder für Wärmekollektoren eingesetzt werden. Sie können zum Ätzen von SiO2- o- der Siliziumnitrid-haltigen Gläsern als einheitliche massive nichtporöse und poröse Festkörper oder von entsprechenden nichtporösen und porösen Glasschichten variabler Dicke, die auf anderen Substraten er- zeugt worden sind, verwendet werden. In diesem Zusammenhang sind diese Ätzmedien besonders geeignet zum Entfernen von Siliziumoxid- /dotierten Siliziumoxid- und Siliziumnitridschichten, zum selektiven Öff- nen von Passivierungsschichten aus Siliziumoxid und Siliziumnitrid zur Erzeugung doppelstufiger selektiver Emitter und/oder lokaler p+-Back- Surface-Fields im Herstellungsprozess von Halbleiterbauelementen und deren Schaltkreisen oder von Bauelementen für die Hochleistungselektronik. In diesen Anwendungen wird das Ätzmedium ganzflächig oder selektiv in geeigneter Weise in einem Verfahrensschritt auf die zu ätzende Halbleiteroberfläche aufgebracht, gegebenenfalls durch Energieeintrag aktiviert, und nach einer Einwirkzeit von 10 s - 15 min, bevor-
10 zugt nach 30 s bis 2 min, wieder entfernt. Das Ätzen kann bei erhöhten Temperaturen im Bereich von 30 bis 500 0C, vorzugsweise im Bereich von 200 bis 450 0C, erfolgen. Ganz besonders bevorzugt wird das Ätzen mit den neuen, erfindungsgemäßen Ätzmedien in einem Temperaturbereich von 320 bis 390 0C durchgeführt.
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Die erfindungsgemäßen Medien können ganzflächig nach Methoden, die dem Fachmann bekannt sind, in einfacher Weise aufgetragen werden. Selektiv lassen sich die neuen Medien auch mit einer Ätzvorlage nur an den Stellen auftragen, an denen eine Ätzung erwünscht ist. Nach 20 erfolgter Ätzung der ganzen Fläche oder an selektiv bedruckten Stellen kann sich ein Dotieren durch weiteres Erhitzen anschließen oder das gebrauchte Ätzmedium wird mit einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch abgespült oder durch Erhitzen abgebrannt. Bevorzugt wird das Ätzmedium nach erfolgter Ätzung mit Wasser abgespült.
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Üblicherweise wird die Paste in einem einzigen Verfahrensschritt auf die zu ätzende Oberfläche aufgedruckt und nach einer vorgegebenen Einwirkzeit bei geeigneter Temperatur wieder entfernt. Auf diese Weise wird die Fläche an den bedruckten Stellen geätzt und strukturiert, während nicht bedruckte Flächen im Originalzustand erhalten bleiben.
JU
Es entfallen auf diese Weise sämtliche sonst notwendigen Maskie- rungs- und Lithographieschritte. Der Ätzvorgang kann mit oder ohne Energieeintrag, z. B. in Form von Wärmestrahlung bzw. mit IR-
Strahlung, stattfinden. 35
Der eigentliche Ätzprozess wird anschließend durch Waschen der O- berflächen mit Wasser und/oder einem geeigneten Lösungsmittel been- det. Und zwar werden nach erfolgter Ätzung die Reste der partikelhalti- gen Ätzmedien von den geätzten und gegebenenfalls dotierten Flächen mit einem geeigneten Lösungsmittel abgespült.
Die zu ätzende Oberfläche kann, wie bereits gesagt, eine Fläche oder Teilfläche aus Siliziumoxid- oder Siliziumnitrid- basierendem Glas und anderen Siliziumoxid- und Siliziumnitrid -basierenden Systemen sein, und/oder eine Fläche oder Teilfläche an einer porösen und nichtporö- sen Schicht aus Glas und anderen Siliziumoxid- und Siliziumnitrid - basierenden Systemen auf einem Trägermaterial sein.
Während der Anwendung zeigen die beschriebenen, neuen Ätzpasten besonders vorteilhafte Eigenschaften im Vergleich zu bekannten Zusammensetzungen. Insbesondere im Hinblick auf die sich an den Ätzvorgang anschließende Oberflächenreinigung weisen die neuen Formulierungen optimalere Eigenschaften auf. Die verbesserten Eigenschaften werden besonders deutlich bei Verwendung von entsprechenden Ätzmedien in Pastenform.
Es wurde gefunden, dass die hergestellten Pasten insbesondere durch den Zusatz von feinpartikulären, anorganische Pulvern (Graphit und- /oder Ruß) und-/oder feinpartikulären organischen Pulvern (Kunststoffpulvern) verbesserte Eigenschaften zeigen, und zwar während des Dru- ckens aber auch während und nach der Ätzung von SiNx- oder SiO2-
Schichten bei Temperaturen zwischen 320-4000C. Ein wesentlicher
Vorteil der neuen Ätzmedien, bzw. Pastenformulierungen besteht hierbei insbesondere darin, dass die zugesetzten anorganischen Pulver bei den hohen Temperaturen während des Ätzens bei 320-4000C nicht aufschmelzen. Dadurch reagiert das wirksame Ätzmedium nur an den gewünschten Stellen. Die neuen Ätzmedien erweisen sich als besonders vorteilhaft während der Reinigung der geätzten und gegebenenfalls dotierten Oberflächen. Üblicherweise erfolgt diese mit hochreinem, deionisiertem Wasser (Bi-dest) im Ultraschallbad.
Nach dem Ätzvorgang lösen sich die Pastenrückstände während der
Reinigung nicht wie bekannte Ätzpasten in Streifen von der behandelten Fläche, sondern sie zerfallen und werden als kleine Partikel im Reini- gungswasser aufgenommen. Dieser Vorteil wird insbesondere für Pasten gefunden, denen mindestens ein anorganisches Pulver mit einer relativen Partikelgröße <5 μm zugesetzt worden ist.
Weiterhin kann durch die Verwendung eines salzartigen Zusatzes (Flussmittel-Additiv) in der Ätzpaste eine wesentlich verbesserte Reinigung erzielt werden. Zu diesem Zweck wird der Paste ein Flussmittel- Additiv zugefügt, welches einen Schmelzpunkt <300°C hat und einen Zersetzungspunkt >400°C, wobei es gleichzeitig sehr gut wasserlöslich ist. Nach dem Ätzschritt bei 320 -3900C kann der abgekühlte Pastenrückstand während des folgenden Spülvorgangs deutlich besser abgelöst werden.
Als geeignete Flussmittel-Additive haben sich Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe Dimethylammoniumchlorid, Diammoniumhydro- genphosphat, Diethylaminphosphat, Harnstoff, Magnesiumstearat, Nat- riumacetat, Triethanolaminhydrochlorid und Oxalsäure-Dihydrat, erwiesen. Sie können einzeln oder im Gemisch zu diesem Zweck den Ätz- medien zugesetzt werden. Erfindungsgemäß können in den Ätzmedien diese Flussmittel-Additive in einer Menge von 0, 05 bis 25 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge enthalten sein. Besonders gute Eigenschaften weisen solche Medien in der Anwendung auf, worin ein oder mehrere Flussmittel-Additive in einer Menge von bis zu 17 Gew.% ent- halten sind.
Aus diesen verbesserten Eigenschaften ergeben sich für die Verwendung der erfindungsgemäßen Ätzmedien wesentliche Vorteile in der Serienfertigung von Solarzellen im Vergleich zur Verwendung von üblichen Ätzpasten, weil in dem auf das Ätzen folgenden Reinigungsschritt die Pastenrückstände in einfacher Weise entfernt werden können und abgelöste Pastenrückstände nicht auf den zu behandelnden Oberflächen verbleiben bzw. sich nicht aus dem Reinigungswasser erneut absetzen. Dieses bedeutet, dass der Reinigungsvorgang optimiert werden kann und die benötigte Menge an hochreinem, destilliertem Wasser reduziert werden kann. Insgesamt lassen sich also durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zum Ätzen in form von Pasten große Stückzahlen kostengünstig in einem geeigneten automatisierten Pro- zess im industriellen Maßstab ätzen und gegebenenfalls dotieren.
Zum besseren Verständnis und zur Verdeutlichung werden im folgenden Beispiele gegeben, die im Rahmen des Schutzbereiches der vorlie- 10 genden Erfindung liegen, jedoch nicht geeignet sind, die Erfindung auf diese Beispiele zu beschränken. Diese Beispiele dienen auch zur Veranschaulichung möglicher Varianten.
Es versteht sich von selbst, dass sowohl in den gegebenen Beispielen ^5 als auch in der übrigen Beschreibung die gegebenen Prozentangaben der in den Zusammensetzungen enthaltenen Komponenten sich insgesamt immer zu 100% aufaddieren und nicht darüber hinaus.
Beispiele
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Beispiel 1
Ätzpaste bestehend aus einem partikulärem Verdickungsmittel
Zu einem Lösungsmittelgemisch bestehend aus 25 218 g Dl Wasser
223 g 1-Methyl-2-pyrrolidon
1 ,6g Ethylenglycol
33g Dimethylammoniumchlorid wird unter Rühren O0 465 g Phosphorsäure (85 %) zugegeben.
Anschließend wird stark gerührt.
Die klare homogene Mischung wird nun mit
100 g Vestosint 2070 versetzt und für 2 Stunden nachgerührt.
Die nun gebrauchsfertige Paste kann mit einem 280 Mesh Edelstahlgewebe Sieb verdruckt werden. Prinzipiell können auch Polyester oder ähnlich Siebmaterialien verwendet werden. Die hergestellte Ätzpaste hat sich über lange Zeit unter Erhalt der vorteilhaften Ätzeigenschaften als lagerstabil erwiesen.
Weitere Beispiele für erfindungsgemäße Zusammensetzungen mit vorteilhaften Eigenschaften werden in den anhängenden Tabellen gegeben.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verwendung von feinpartikulären anorganischen Pulvern in Form von feinpartikulärem Graphit und /oder Ruß und/oder feinpartikulärem organischen Pulver in Form von feinpartikulären Kunststoff pulvern, ausgewählt aus der Gruppe der
Polystyrole, Polyacryle, Polyamide, Polyimide, Polymethacrylate, Melamin-, Urethane-, Benzoguanine-, Phenolharze, Siliconharze, mikronisierte Cellulose, fluorierte Polymere (PTFE, PVDF), und gegebenenfalls mikronisierte Wachse, sowie gegebenenfalls von feinpartikulären anorganischen Pulvern aus der Gruppe Aluminiumoxid, Calciumfluorid, Boroxid, Natriumchlorid in druckbaren Zusammensetzungen in Form von Pasten zum Ätzen von feinsten Linien oder Strukturierungen in glasartigen oder kristallinen Schichten und gegebenenfalls zum Dotieren von glasartigen oder kristallinen Schichten.
2. Verwendung von feinpartikulären anorganischen Pulvern gemäß Anspruch 1 mit einem relativen Partikeldurchmesser von kleiner 5 μm in druckbaren Zusammensetzungen in Form von Pasten zum Ätzen und gegebenenfalls zum Dotieren von glasartigen oder kristallinen Schichten.
3. Verwendung von feinpartikulären organischen Pulvern in Form von feinpartikulären Kunststoff pulvern gemäß Anspruch 1 mit einem relativen Partikeldurchmesser im Bereich von 10 nm bis 50 μm, bevorzugt von 100 nm bis 30 μm und ganz besonders bevorzugt von 1 μm bis 10 μm.
4. Verwendung von feinpartikulären anorganischen und/oder organischen Pulvern und gegebenenfalls mikronisierten Wachsen gemäß der Ansprüche 1 bis 3 in druckbaren Zusammensetzungen in Form von Pasten zum Ätzen und gegebenenfalls Dotieren von anorgani- sehen oder kristallinen Schichten, ausgewählt aus der Gruppe der
Gläser basierend auf Siliziumdioxid und der Gläser basierend auf Siliziumnitrid.
5. Verwendung von feinpartikulären Pulvern und gegebenenfalls mikro- nisierten Wachsen gemäß der Ansprüche 1 bis 3 in druckbaren Zusammensetzungen in Form von Pasten zum Ätzen und gegebenen- falls Dotieren von anorganischen oder kristallinen Schichten, ausgewählt aus der Gruppe der Gläser basierend auf Siliziumdioxid und der Gläser basierend auf Siliziumnitrid, die sich auf kristallinen oder a- morphen Siliziumoberflächen befinden.
6- Verwendung von feinpartikulären anorganischen und/oder organischen Pulvern und gegebenenfalls mikronisierten Wachsen gemäß der Ansprüche 1 bis 3 in druckbaren Zusammensetzungen in Form von Pasten zum Ätzen von SiO2- oder Siliziumnitrid-haltigen Gläsern als einheitliche massive nichtporöse und poröse Festkörper oder von entsprechenden nichtporösen und porösen Glasschichten variabler Dicke, die auf anderen Substraten erzeugt worden sind.
7. Verwendung von feinpartikulären anorganischen und/oder organischen Pulvern und gegebenenfalls mikronisierten Wachsen gemäß der Ansprüche 1 bis 3 in druckbaren Zusammensetzungen in Form von Pasten zum Entfernen von Siliziumoxid-/dotierten Siliziumoxid- und Siliziumnitridschichten, zum selektiven Öffnen von Passivie- rungsschichten aus Siliziumoxid und Siliziumnitrid zur Erzeugung doppelstufiger selektiver Emitter und/oder lokaler p+-Back-Surface- Fields im Herstellungsprozess von Halbleiterbauelementen und deren Schaltkreisen oder von Bauelementen für die Hochleistungselektronik.
8. Verwendung von feinpartikulären anorganischen und/oder organi- sehen Pulvern und gegebenenfalls mikronisierten Wachsen gemäß der Ansprüche 1 bis 3 in druckbaren Zusammensetzungen in Form von Pasten zum Ätzen von Oberflächen von Gläsern, welche Elemente ausgewählt aus der Gruppe Kalzium, Natrium, Aluminium, Blei, Lithium, Magnesium, Barium, Kalium, Bor, Berylium, Phosphor, Gallium, Arsen, Antimon, Lathan, Scandium, Zink, Thorium, Kupfer,
Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Molybdän, Vanadium, Titan, Gold, Platin, Palladium, Silber, Cerium, Cäsium, Niob, Tantal, Zirkonium, Yttrium, Neodym und Praseodym enthalten.
5 9. Verwendung von feinpartikulären anorganischen und/oder organischen Pulvern und gegebenenfalls mikronisierten Wachsen gemäß der Ansprüche 1 bis 8 in druckbaren Zusammensetzungen in Form von Pasten zum Ätzen oder Dotieren in Anwendungen der Photovol- taik, Halbleitertechnik, Hochleistungselektronik, Mineralogie oder
10 Glasindustrie, sowie zur Herstellung von Photodioden, von Sichtfenstern für Armaturen oder Messgeräten, von Glasträgern für Außenanwendungen, zur Herstellung von geätzten Glasflächen im medizinischen, dekorativen und Sanitärbereich, zur Herstellung von geätzten Glasbehältnissen für Kosmetikartikel, Lebensmittel und Getränke, zur
15 Herstellung von Markierungen oder Kennzeichnungen auf Behältern und in der Flachglasherstellung, zur Strukturierung von Gläsern für Flachbildschirmanwendungen oder für mineralogische, geologische und mikrostrukturelle Untersuchungen.
20 10. Verwendung von feinpartikulären anorganischen und/oder organischen Pulvern und gegebenenfalls mikronisierten Wachsen gemäß der Ansprüche 1 bis 8 in druckbaren Zusammensetzungen in Form von Pasten zum Ätzen oder Dotieren in Anwendungen zur Herstellung von Glasträgern für Solarzellen oder für Wärmekollektoren.
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11. Verwendung von feinpartikulären anorganischen und/oder organischen Pulvern und gegebenenfalls mikronisierten Wachsen gemäß der Ansprüche 1 bis 8 in druckbaren Zusammensetzungen in Form von Pasten zum Ätzen oder Dotieren, indem die Pasten im Sieb-,
30 Schablonen-, Tampon-, Stempel-, Ink-Jet- oder einem manuellen
Druckverfahren auf die Oberfläche aufgebracht werden.
12. Zusammensetzung zum Ätzen und gegebenenfalls Dotieren von anorganischen glasartigen oder kristallinen Schichten, ausgewählt aus o_ der Gruppe der Gläser basierend auf
OO
Siliziumdioxid und der Gläser basierend auf Siliziumnitrid, enthaltend a) mindestens eine ätzende Komponente, b) wenigstens ein Lösungsmittel, c) ein anorganisches Pulver in Form von feinpartikulärem Graphit und /oder Ruß, und/oder feinpartikuläres organisches Pulver in Form von Kunststoffpulver, ausgewählt aus der Gruppe der Polystyrole, Polyacryle, Polyamide, Polyimide, Polymethacrylate,
Melamin-, Urethane-, Benzoguanine-, Phenolharze, Siliconharze, mikronisierte Cellulose, fluorierte Polymere (PTFE, PVDF), und gegebenenfalls mikronisierte Wachse, sowie gegebenenfalls feinpartikuläres anorganisches Pulver aus der Gruppe Aluminiumoxid, Calciumfluorid, Boroxid und Natriumchlorid, d) wenigstens ein Flussmittel-Additiv, e) gegebenenfalls ein homogen gelöstes organisches Verdickungsmittel, f) gegebenenfalls mindestens eine anorganische und/oder organische Säure, sowie gegebenenfalls g) Additive wie Entschäumer, Thixotropiermittel, Verlaufsmittel, Entlüfter und Haftvermittler in Form einer druckbaren Paste.
13. Zusammensetzung gemäß Anspruch 12, enthaltend anorganisches
Pulver mit einem relativen Partikeldurchmesser von < 5 μm und/oder feinpartikuläres organisches Pulver mit einem relativen Partikeldurchmesser im Bereich von 10 nm bis 50 μm, bevorzugt von 100 nm bis 30 μm und ganz besonders bevorzugt von 1 μm bis 10 μm.
14. Zusammensetzung gemäß der Ansprüche 12 bis 13, enthaltend ano- ragisches und/oder organisches Pulver in einer Menge von 1 bis 80 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge.
15. Zusammensetzung gemäß der Ansprüche 12 bis 13, enthaltend ano- ragisches und/oder organisches Pulver in einer Menge von 10 bis 50 Gew.-%, insbesondere von 20 bis 40 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge.
16. Zusammensetzung gemäß der Ansprüche 12 bis 13, enthaltend eine oder verschiedene ätzende Komponente(n) in einer Menge von 12 bis 30 Gew.%, vorzugsweise 2 bis 20 Gew.-% und besonders bevorzugt von 5 bis 15 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge.
17. Zusammensetzung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 16, enthaltend Verdickungsmittel in einer Menge von 3 bis 20 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge.
18. Zusammensetzung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 17, enthaltend eine oder verschiedene Formen der Phosphorsäure, Phosphorsäuresalze oder -Verbindungen, welche beim Erhitzen zu der entsprechenden Phosphorsäure zersetzt werden und als Ätz- und gegebenenfalls als Dotierkomponenten wirken.
19. Zusammensetzung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 12 - 17, enthaltend mindestens eine anorganische Mineralsäure ausgewählt aus der Gruppe Salzsäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure als ätzende Komponente und/oder gegebenenfalls mindestens eine organische Säure, welche einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 1 - 10 C-Atomen aufweisen kann, ausgewählt aus der Gruppe der Alkylcarbonsäuren, der Hydroxycarbon- säuren und der Dicarbonsäuren.
20. Zusammensetzung gemäß Anspruch 19, enthaltend eine organische Säure, ausgewählt aus der Gruppe Ameisensäure, Essigsäure,
Milchsäure und Oxalsäure.
21. Zusammensetzung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der organischen und/oder anorganischen Säuren in einem Konzentrationsbereich von 0 bis 80 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des Mediums liegt, wobei die hinzugefügten Säuren jeweils einen pKs-Wert zwischen 0 bis 5 besitzen.
22. Zusammensetzung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass sie als Lösungsmittel Wasser, ein- oder mehrwertige Alkohole, wie Glycerin, 1 ,2-Propandiol, 1 ,4- Butandiol, 1 ,3-Butandiol, 1 ,5-Pentandiol, 2-Ethyl-1-hexenol, Ethylen- glykol, Diethylenglykol und Dipropylenglykol, sowie deren Ether wie, Ethylenglycol-monobutylether, Triethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonobutylether und Dipropylenglykolmonomethy- lether und Ester wie [2,2-Butoxy-(Ethoxy)]-Ethylacetat, Ester der
Kohlensäure wie Propylencarbonat, Ketone, wie Acetophenon, Me- thyl-2-hexanon, 2-Octanon, 4-Hydroxy-4-methyl-2-pentanon und 1- Methyl-2-pyrrolidon, als solche oder im Gemisch in einer Menge von 10 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 15 bis 85 Gew.-
10 %, bezogen auf die Gesamtmenge des Mediums enthält.
23. Zusammensetzung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein oder mehrere homogen gelöste Verdickungsmittel aus der Gruppe
15 Cellulose/Cellulosederivate und/oder
Stärke/Stärkderivate und/oder Polyvinylpyrollidon
Polymere auf der Basis von Acrylaten oder funktionalisierten Vinyl- einheiten 0 enthält in einer Menge von 0,5 bis 25 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des Ätzmediums.
24. Zusammensetzung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 12 - 23, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0 bis 5 Gew.-% bezogen auf
_ _ die Gesamtmenge Additive, ausgewählt aus der Gruppe Entschäu- 5 mer, Thixotropiermittel, Verlaufsmittel, Entlüfter, und Haftvermittler, enthält.
25. Zusammensetzung gemäß der Ansprüche 12 bis 24, welche bei 20 0C eine Viskosität in einem Bereich von 6 bis 35 Pa * s bei einer
30 Scherrate von 25 s"1 aufweist, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 25
Pa * s bei einer Scherrate von 25 s"1 und ganz besonders bevorzugt bei 15 bis 20 Pa . s bei einer Scherrate von 25 s"1.
26. Zusammensetzung gemäß der Ansprüche 12 bis 25, dadurch ge- 5 kennzeichnet, dass sie ein Flussmittel-Additive ausgewählt aus der
Gruppe Dimethylammoniumchlorid, Diammoniumhydrogenphosphat, Diethylaminphosphat, Harnstoff, Magnesiumstearat, Natriumacetat, Triethanolaminhydrochlorid und Oxalsäure-Dihydrat, einzeln oder im Gemisch in einer Menge von 0, 05 bis 25 Gew.-% bezogen auf die
Gesamtmenge enthält.
27. Verfahren zum Ätzen von feinsten Linien oder feinsten Strukturen in anorganischen glasartigen oder kristallinen Schichten und gegebenenfalls zum Dotieren von anorganischen glasartigen oder kristallinen Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusammenset- zung in Form einer Ätzpaste gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 26 flächendeckend oder selektiv in feinsten Linien oder Strukturen auf die zu ätzende Halbleiteroberfläche aufgebracht wird, gegebenenfalls durch Energieeintrag aktiviert wird, und nach einer Einwirkzeit von 10 s - 15 min, bevorzugt nach 30 s bis 2 min, wieder entfernt wird.
28. Verfahren gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusammensetzung in Form einer Ätzpaste gemäß der Ansprüche 12 - 26 ganzflächig oder gemäß der Ätzstrukturvorlage gezielt nur an den Stellen aufgetragen wird, an denen eine Ätzung und/oder Dotierung erwünscht ist und nach erfolgter Ätzung und gegebenenfalls nach einer Dotierung durch weiteres Erhitzen, mit einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch abgespült wird oder durch Erhitzen abgebrannt wird.
29. Verfahren gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmedium nach erfolgter Ätzung mit Wasser abgespült wird.
30. Verfahren gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzung bei erhöhten Temperaturen im Bereich von 30 bis 500 °C, vorzugsweise im Bereich von 200 bis 450 0C und ganz besonders bevorzugt 320 bis 390 0C stattfindet.
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