一種半導(dǎo)體芯片的蝕刻組合物及蝕刻方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體芯片的蝕刻組合物，包括：0.5至50wt%的堿；10至80wt%的醇；0.01至15wt%的添加劑；以及余量的水。此外，還提供一種半導(dǎo)體芯片的的蝕刻方法。當(dāng)該蝕刻組合物用于半導(dǎo)體芯片的全表面或部分表面上時(shí)，在60至200℃溫度范圍內(nèi)，該蝕刻組合物與該半導(dǎo)體芯片反應(yīng)形成包含固體、液體和氣體的泡沫以蝕刻該半導(dǎo)體芯片，該添加劑于加熱反應(yīng)中，同時(shí)形成該半導(dǎo)體芯片表面上的氧化物屏蔽。據(jù)此，提供具有優(yōu)良紋理化結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片表面，并能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片單一表面的蝕刻。
【專利說明】一種半導(dǎo)體芯片的蝕刻組合物及蝕刻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于一種蝕刻組合物、使用該蝕刻組合物的蝕刻方法，尤其關(guān)于一種可于半導(dǎo)體芯片表面形成紋理結(jié)構(gòu)的蝕刻組合物。
【背景技術(shù)】[0002]近年來，為解決環(huán)境污染及能源短缺的問題，發(fā)展太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)成為重要議題。尤其是，太陽(yáng)能電池(solar cell)經(jīng)太陽(yáng)光照射后，能將光能轉(zhuǎn)換成電能。
[0003]為了提升太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，必須有效控制用于太陽(yáng)能電池的芯片，例如，硅芯片的正面粗糙化程度及背面平整化程度。尤其是，在鈍化發(fā)射極及背表面電池(PERC;Passivated Emitter and Rear Cells)和指叉型背接觸太陽(yáng)電池(Interdigitated BackContact solar cells; IBC)的情況中，當(dāng)娃芯片的正面形成有紋理(texture)結(jié)構(gòu)且背面呈光滑狀態(tài)時(shí)，可獲得高轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池。
[0004]已知太陽(yáng)能電池制程中，通過將芯片浸入蝕刻液中進(jìn)行芯片正面的粗糙化處理及背面的平整化處理。其中，粗糙化處理時(shí)，必須將芯片浸泡在粗糙化蝕刻液中，使芯片雙面均產(chǎn)生粗糙化結(jié)構(gòu)。平整化處理時(shí)，必須在芯片的單一表面形成保護(hù)性罩體，接著再將芯片浸泡在平整化蝕刻液中，在完成單一面的平整化蝕刻同時(shí)，才得以維持芯片另一表面的粗糙化程度。然而，此種制程易損傷芯片或損耗芯片厚度，蓋因芯片的平整化表面制作過程，先進(jìn)行粗糙化蝕刻，再進(jìn)行平整化蝕刻，此外因?yàn)檎煮w的形成及移除造成了成本提高與生產(chǎn)速率下降的問題。例如，US7858426揭露一種紋理化和制造太陽(yáng)能電池的方法，其使用批次(batch type)濕式蝕刻。因此，易造成芯片破損，并且由于雙面均進(jìn)行蝕刻造成額外損耗芯片厚度。
[0005]US20030194309揭露一種用于平坦對(duì)象的輸送滾輪、壓制裝置及輸送系統(tǒng)，使用輸送滾輪引導(dǎo)芯片，以進(jìn)行連續(xù)式濕法蝕刻。雖然該方法可實(shí)現(xiàn)紋理結(jié)構(gòu)，但芯片整體仍然浸潰于蝕刻液中，仍會(huì)造成芯片雙面厚度的損耗，并且雙面的蝕刻結(jié)構(gòu)仍然同樣為粗糙化結(jié)構(gòu)，仍不符合高效率硅晶太陽(yáng)能電池的需求，必須再增加一道平整化蝕刻制程。再者，雖然該方法可實(shí)現(xiàn)連續(xù)式濕法蝕刻，但是由于輸送滾輪須浸泡于高溫蝕刻液中，因此材料須選擇聚四氟乙烯材質(zhì)并造成需要極高成本。
[0006]US6663944揭露一種用于太陽(yáng)能電池的紋理化半導(dǎo)體芯片，包括步驟:噴涂光阻；烤干以形成單一表面上的局部覆蓋屏蔽，接著進(jìn)行浸泡蝕刻，并由于單一表面的局部屏蔽的作用，在浸泡蝕刻后芯片的雙面結(jié)構(gòu)可分別形成粗糙化和平整化的表面。然而，批次式浸泡的濕法蝕刻仍會(huì)造成芯片容易破損，并且光阻的使用與去除增加了材料成本與生產(chǎn)時(shí)間。
[0007]US7927498揭露一種太陽(yáng)能電池及紋理化太陽(yáng)能電池的方法，包括步驟:以網(wǎng)印涂布方式將含有金屬粒子的糊料涂布在硅芯片上；加熱去除有機(jī)溶劑后形成金屬遮蔽；以及浸泡蝕刻液可形成單面抗反射結(jié)構(gòu)。然而，批次式浸泡的濕法蝕刻仍會(huì)造成芯片容易破損，并且含有金屬粒子的糊料的使用與去除增加了材料成本與生產(chǎn)時(shí)間。[0008]另外，再者，US20050247674揭露一種糊狀蝕刻媒質(zhì)，可全區(qū)域及選擇性地蝕刻硅表面及硅層，簡(jiǎn)單的網(wǎng)印方式，圖形化蝕刻。然而，此種糊狀蝕刻媒質(zhì)不易移除，使得糊狀蝕刻媒質(zhì)的移除易造成芯片薄型化而提高破片機(jī)率。再者，使用該糊狀蝕刻媒質(zhì)亦無法形成高品質(zhì)的紋理化及平整化結(jié)構(gòu)。
[0009]綜上，本【技術(shù)領(lǐng)域】亟需用于制造紋理化太陽(yáng)能電池的蝕刻方法，其中紋理化蝕刻反應(yīng)可控制在基板的單一表面上進(jìn)行，而不造成另一表面有任何蝕刻反應(yīng)，并且蝕刻過程不易造成芯片破損或損耗多余的芯片厚度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]提供一種半導(dǎo)體芯片的蝕刻組合物，其包括:(A)堿，以該蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該堿的含量為0.5至50wt% ； (B)醇，以該蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該醇的含量為10至80wt% ； (C)添加劑，以該蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該添加劑的含量為0.01至15wt%，且該添加劑選自氧化硼、硼酸、硼酸鉀、四硼酸鈉、氯化鋁、氫氧化鋁、磷酸、磷酸硅、磷酸硼、磷酸鋁、硫酸、甲酸、醋酸、檸檬酸、硝酸及其組成組的至少一種；以及(D)余量的水，在一蝕刻溫度下，該蝕刻組合物與該半導(dǎo)體芯片反應(yīng)形成包含固體、液體和氣體的泡沫以蝕刻該半導(dǎo)體芯片。
[0011]一具體實(shí)施例中，當(dāng)該蝕刻組合物施用于半導(dǎo)體芯片的全表面或部分表面上時(shí)，在60°C至200 V溫度范圍內(nèi)，該蝕刻組合物與該半導(dǎo)體芯片反應(yīng)形成包含固體、液體和氣體的泡沫以蝕刻該半導(dǎo)體芯片，該添加劑形成該半導(dǎo)體芯片表面上的氧化物屏蔽。另一具體實(shí)施例中，可將該蝕刻組合物施用于半導(dǎo)體芯片的全表面或部分表面上，在60°C至200°C溫度范圍內(nèi)，該蝕刻 組合物與半導(dǎo)體芯片材料反應(yīng)形成包含固體、液體和氣體的泡沫狀形態(tài)，并對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行蝕刻，該添加劑于泡沫化蝕刻反應(yīng)同步形成該半導(dǎo)體芯片表面上的氧化物屏蔽。
[0012]此外，還提供一種半導(dǎo)體芯片的蝕刻方法，包括步驟:將第一蝕刻組合物施用至半導(dǎo)體芯片的第一表面，以及在一蝕刻溫度下，蝕刻該半導(dǎo)體芯片，其中，該第一蝕刻組合物包括:㈧堿，以該第一蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該堿的含量為0.5至50wt% ；⑶醇，以該第一蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該醇的含量為10至80wt% ； (C)添加劑，以該第一蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該添加劑的含量為0.01至15wt%，且該添加劑選自氧化硼、硼酸、硼酸鉀、四硼酸鈉、氯化鋁、氫氧化鋁、磷酸、磷酸硅、磷酸硼、磷酸鋁、硫酸、甲酸、醋酸、檸檬酸、硝酸及其組成組的至少一種；以及(D)余量的水。一具體實(shí)施例中，該添加劑于該蝕刻溫度下，同時(shí)形成該半導(dǎo)體芯片表面上的氧化物屏蔽。
[0013]通過該蝕刻組合物及蝕刻方法，能提供具有優(yōu)良紋理化結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片表面。該蝕刻組合物及蝕刻方法亦能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片單一表面的蝕刻，同時(shí)另一表面無須披覆保護(hù)性罩體。因此，可在省略形成非蝕刻表面上的保護(hù)性罩體的步驟的情形下，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片單一表面的紋理化蝕刻。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本公開實(shí)施例的形成紋理化表面的制作流程；
[0015]圖2是基板單一表面上自發(fā)性發(fā)泡蝕刻的形貌；[0016]圖3是基板上單一表面同步反應(yīng)生成的析出氧化物；
[0017]圖4是經(jīng)實(shí)施例蝕刻組合物蝕刻的硅芯片表面；
[0018]圖5是經(jīng)比較例蝕刻組合物蝕刻的硅芯片表面；
[0019]圖6是經(jīng)比較例5蝕刻組合物蝕刻的硅芯片表面；
[0020]圖7是經(jīng)實(shí)施例及比較例蝕刻自發(fā)性發(fā)泡蝕刻的硅芯片的對(duì)各波長(zhǎng)區(qū)段的反射率關(guān)系圖；以及
[0021]圖8是經(jīng)實(shí)施例自發(fā)性發(fā)泡蝕刻、及比較例批次式浸泡蝕刻的硅芯片的對(duì)各波長(zhǎng)區(qū)段的反射率關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下通過特定的具體實(shí)施例說明實(shí)施方式，該領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容了解本案的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。也可通過其它不同的具體實(shí)施例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不悖離本創(chuàng)作的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。
[0023]圖1是實(shí)施例中形成紋理化表面的制作流程，包括:提供㈧堿、⑶醇、及(C)添加劑；超聲波震蕩混合；涂布于基板的單一表面上；加熱與自發(fā)性發(fā)泡(self-foaming);同步析出氧化物于基板表面；完成單一面的紋理化蝕刻。
[0024]如圖1所示，半導(dǎo)體的蝕刻組合物包括:(A)堿；⑶醇；以及(C)添加劑，其中，在一蝕刻溫度下，該蝕刻組合物與該半導(dǎo)體芯片反應(yīng)形成包含固體、液體和氣體的泡沫以蝕刻該半導(dǎo)體芯片。`
[0025]于適當(dāng)蝕刻溫度下，本公開的蝕刻組合物可自發(fā)性發(fā)泡，從而在半導(dǎo)體芯片表面反應(yīng)形成固-液-氣三相共存的膠體泡沫(colloidal foam)，如圖2所示。因此，可將蝕刻組合物中的液體部份維持在膠體泡沫內(nèi)，從而避免液體部份溢流到非蝕刻表面。換言之，該蝕刻組合物容易控制。因此，使用本公開的蝕刻組合物，可以非浸泡方式進(jìn)行蝕刻，從而省略形成非蝕刻表面上的保護(hù)性罩體的步驟。一具體實(shí)施例中，該蝕刻溫度可介于60至200°C。又一具體實(shí)施例中，蝕刻溫度可介于80至150°C。
[0026]于蝕刻期間，添加劑與半導(dǎo)體芯片反應(yīng)，以形成隨機(jī)覆蓋半導(dǎo)體芯片表面的氧化物，如圖3。因此，通過本公開的蝕刻組合物，可在半導(dǎo)體表面形成紋理化結(jié)構(gòu)，以降低反射率。一具體實(shí)施例中，本公開的蝕刻組合物用來形成具有紋理結(jié)構(gòu)表面的硅芯片，以制造高轉(zhuǎn)換效率的硅晶太陽(yáng)能電池。
[0027]堿可為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀或其組成組的至少一種。醇可為乙二醇、二甘醇、丙三醇、三甘醇或其組成組的至少一種。添加劑可為選自氧化硼、硼酸、硼酸鉀、四硼酸鈉、氯化鋁、氫氧化鋁、磷酸、磷酸硅、磷酸硼、磷酸鋁、硫酸、甲酸、醋酸、檸檬酸、硝酸及其組成組的至少一種，但不限于此。
[0028]以該蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該堿的含量可為0.5至50wt%,該醇的含量可為10至80wt%，該添加劑的含量可為0.01至15wt%，但不限于此。
[0029]半導(dǎo)體芯片可由硅、鍺或其組合制成，但不限于此。當(dāng)半導(dǎo)體芯片由硅制成時(shí)，所使用的硅可為單晶硅、多晶硅或其組合。
[0030]關(guān)于包括于上述蝕刻組合物中所列的成分，僅用于說明實(shí)施例，并非意欲限制主張范圍。也就是說，上述蝕刻組合物還可包括其它成分。例如，上述蝕刻組合物還可包括余量的水。
[0031]前述蝕刻方法包括步驟:將第一蝕刻組合物施用至半導(dǎo)體芯片的第一表面；以及在一蝕刻溫度下，蝕刻該半導(dǎo)體芯片，其中，該第一蝕刻組合物包括:(A)堿，以該第一蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該堿的含量為0.5至50wt% ; (B)醇，以該第一蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該醇的含量為10至80wt% ；(C)添加劑，以該第一蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該添加劑的含量為0.01至15wt%，且該添加劑選自氧化硼、硼酸、硼酸鉀、四硼酸鈉、氯化鋁、氫氧化鋁、磷酸、磷酸硅、磷酸硼、磷酸鋁、硫酸、甲酸、醋酸、檸檬酸、硝酸及其組成組的至少一種；以及(D)余量的水。一具體實(shí)施例中，該蝕刻溫度可介于60至200°C。又一具體實(shí)施例中，蝕刻溫度可介于80至150°C。
[0032]上述蝕刻方法還可包括步驟:將第二蝕刻組合物施用至半導(dǎo)體芯片的第二表面；以及在60至200°C的溫度范圍內(nèi)，蝕刻該半導(dǎo)體芯片，其中，該第二蝕刻組合物包括:(A)堿，以該第二蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該堿的含量為0.5至50wt% ;以及(B)醇，以該第二蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該醇的含量為10至80wt%。
[0033]上述第一蝕刻組合物中的添加劑可為選自氧化硼、硼酸、硼酸鉀、四硼酸鈉、氯化鋁、氫氧化鋁、磷酸、磷酸硅、磷酸硼、磷酸鋁、硫酸、甲酸、醋酸、檸檬酸、硝酸及其組成組的至少一種，但不限于此。
[0034]上述第一蝕刻組合物和第二蝕刻組合物中的堿可為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀或其組成組的至少一種。上述第一蝕刻組合物和第二蝕刻組合物中的醇可為乙二醇、二甘醇、丙三醇、三甘醇或其組成組的至少一種。
[0035]在上述第一蝕刻組合物的情況中，以該第一蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該堿的含量可為0.5至50wt %，該醇的含量可為10至80wt %，該添加劑的含量可為0.01至15wt%，但不限于此。
[0036]在上述第二蝕刻組合物的情況中，以該第二蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該堿的含量可為0.5至50wt%，該醇的含量可為10至80wt%，但不限于此。實(shí)現(xiàn)蝕刻溫度的時(shí)機(jī)無特別限制，例如，可在施用該蝕刻組合物之前，將半導(dǎo)體芯片加熱至上述蝕刻溫度。另一具體實(shí)施例中，可在施用蝕刻組合物的后，將半導(dǎo)體芯片加熱至上述蝕刻溫度。
[0037]關(guān)于包括于第二蝕刻組合物中所列的成分，僅用于說明實(shí)施例，并非意欲限制主張范圍。也就是說，第二蝕刻組合物還可包括其它成分。例如，第二蝕刻組合物還可包括余量的水。
[0038]第一和第二蝕刻組合物可銅，例如，噴涂法、旋涂法、網(wǎng)印法或刮刀法施加，但不限于此。
[0039]以下通過特定的具體實(shí)施例進(jìn)一步說明特點(diǎn)與功效，但非用于限制本發(fā)明的范疇。
[0040]<實(shí)施例>
[0041]蝕刻組合物的制備
[0042]根據(jù)下述表1所示的組成及比例，制備12種蝕刻組合物，其包含實(shí)施例1至8、及比較例I至5。在實(shí)施例方面，所制備的蝕刻組合物主要含有:(A) 0.5至50wt%的堿；(B) 10至80wt%的醇；以及(C) 0.01至15wt%的添加劑。在比較例方面，比較例I至4所制備的蝕刻組合物主要含有:㈧0.5至50wt%的堿；以及⑶10至80wt%的醇。比較例5所制備的蝕刻組合物主要含有:(A) 1.5wt%的氫氧化鉀；以及(B)3wt%的異丙醇。
[0043]表1實(shí)施例組成
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體芯片的蝕刻組合物，包括: (A)堿，以該蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該堿的含量為0.5至50wt% ； (B)醇，以該蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該醇的含量為10至80wt%； (C)添加劑，以該蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該添加劑的含量為0.01至15wt%，且該添加劑選自氧化硼、硼酸、硼酸鉀、四硼酸鈉、氯化鋁、氫氧化鋁、磷酸、磷酸硅、磷酸硼、磷酸鋁、硫酸、甲酸、醋酸、檸檬酸、硝酸及其組成組的至少一種；以及 (D)余量的水， 在一蝕刻溫度下，該蝕刻組合物與該半導(dǎo)體芯片反應(yīng)形成包含固體、液體和氣體的泡沫以蝕刻該半導(dǎo)體芯片。
2.如權(quán)利要求1所述的蝕刻組合物，其特征在于，該半導(dǎo)體芯片由硅、鍺或其組合制成。
3.如權(quán)利要求1所述的蝕刻組合物，其特征在于，該半導(dǎo)體芯片由單晶硅、多晶硅或其組合制成。
4.如權(quán)利要求1所述的蝕刻組合物，其特征在于，該堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀或其組成群組的至少一種。
5.如權(quán)利要求1所述的蝕刻組合物，其特征在于，該醇為乙二醇、二甘醇、丙三醇、三甘醇或其組成組的至少一種。
6.如權(quán)利要求1所述的蝕刻組合物，其特征在于，該蝕刻溫度介于60至200°C。
7.一種半導(dǎo)體芯片的蝕刻方法，包括步驟: 將第一蝕刻組合物施加于半導(dǎo)體芯片的第一表面；以及 在一蝕刻溫度下，蝕刻該半導(dǎo)體芯片， 其特征在于，該第一蝕刻組合物包括: (A)堿，以該第一蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該堿的含量為0.5至50wt% ； (B)醇，以該第一蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該醇的含量為10至80wt%； (C)添加劑，以該第一蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該添加劑的含量為0.01至15wt%，且該添加劑選自氧化硼、硼酸、硼酸鉀、四硼酸鈉、氯化鋁、氫氧化鋁、磷酸、磷酸硅、磷酸硼、磷酸鋁、硫酸、甲酸、醋酸、檸檬酸、硝酸及其組成組的至少一種；以及 (D)余量的水。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在施用該第一蝕刻組合物之前，將該半導(dǎo)體芯片加熱至該蝕刻溫度。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在施用該第一蝕刻組合物之后，將該半導(dǎo)體芯片加熱至該蝕刻溫度。
10.如權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于,在施用該第一蝕刻組合物之后,將該第一蝕刻組合物加熱至該蝕刻溫度。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該蝕刻溫度介于60至200°C。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該蝕刻溫度介于80至150°C。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該第一蝕刻組合物通過噴涂法、旋涂法、網(wǎng)印法或刮刀法施加。
14.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該半導(dǎo)體芯片由硅、鍺或其組合制成。
15.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該半導(dǎo)體芯片由單晶硅、多晶硅或其組合制成。
16.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀或其組成組的至少一種。
17.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該醇為乙二醇、二甘醇、丙三醇、三甘醇或其組成組的至少一種。
18.如權(quán)利要求7項(xiàng)所述的方法，其中，該添加劑于該蝕刻溫度下，同時(shí)形成該半導(dǎo)體芯片表面上的氧化物屏蔽。
19.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括步驟: 將第二蝕刻組合物施加于半導(dǎo)體芯片的第二表面；以及 在60至200°C的蝕刻溫度下，蝕刻該半導(dǎo)體芯片， 其特征在于，該第二蝕刻組合物包括:(A)堿，以該第二蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該堿的含量為0.5至50wt% ;以及 (B)醇，以該第二蝕刻組合物的總重量為基準(zhǔn)，該醇的含量為10至80wt%。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀或其組成組的至少一種。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該醇為乙二醇、二甘醇、丙三醇、三甘醇或其組成組的至少一種。
【文檔編號(hào)】C09K13/10GK103666479SQ201210404520
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月20日
【發(fā)明者】游勝閔, 孫文檠, 王泰瑞, 陳奕帆, 孫佳涼, 江豪祥, 廖品冠, 江起帆, 林澤勝 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院