[发明专利]用于硅表面和层的含颗粒的蚀刻糊

说明书

本发明涉及呈蚀刻糊形式的含颗粒的蚀刻介质，该蚀刻糊适合于 硅表面和层中以及由合适的硅化合物形成的玻璃状表面中的极细线或 结构的全区域或选择性蚀刻。本发明还涉及根据本 发明的糊剂在此类表面的蚀刻方法中的用途。

现有技术

在光电池、电子装置和半导体工业中，经常要通过湿法化学法在 浸渍浴中蚀刻硅表面和层。这种全区域蚀刻可以在酸性介质(各向同性 蚀刻)或在碱性介质(各向异性蚀刻)中进行。在酸性蚀刻中，常常使 用氢氟酸和硝酸的混合物，而在碱性介质中，常常使用强碱，例如氢 氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化四甲铵(TMAH)等。

为了制造规定的精密蚀刻图案或结构(例如埋入式结构)，不久前 除了全区域蚀刻(例如抛光蚀刻、纹理蚀刻)之外，在实际蚀刻步骤 之前必须经过材料密集、耗时且昂贵的工艺步骤，例如本领域技术人 员已知的光刻掩模工艺。

在这类掩模工艺中，起始材料通常是硅晶片。在其上通过热氧化 产生致密氧化层，并如下结构化。

通过涂覆光致抗蚀剂、随后干燥、使用光掩模暴露于UV光和随后 显影，使氧化物在所需位置处暴露出来，然后使用氢氟酸去除。随后 例如使用溶剂去除(″剥离″)残存的光致抗蚀剂。然后可以在强碱(例 如30％的KOH)中选择性地在没有被氧化物覆盖的位置处蚀刻由此带 有氧化物掩模的Si晶片。该氧化物掩模是耐受所述碱的。在选择性蚀 刻所述硅之后，通常再次使用氢氟酸去除氧化物掩模。

这类光刻法由于成本原因没有被用于太阳能电池的工业生产[1]。 然而，硅表面或层的选择性结构化或打开在改进的生产工 艺中仍是必要的。

在标准硅太阳能电池的制造中，例如通过在POCl₃烘箱中的气体 扩散，在p-掺杂晶片上形成光电效应所必须的p-n结。在整个晶片周 围形成厚度约为500nm的n-掺杂硅层并且该硅层必须被部分打开 (partiell)或分离(aufgetrennt)以便此后的光致电压 应用。

这种打开可以通过激光切割机械地进行或以干燥蚀刻法(例如等 离子体蚀刻)进行。

机械分离-例如在生产过程的最后步骤(金属化之后)中磨掉电池 边缘-的缺点与硅材料(和金属糊)的损耗相关，产生机械应力并且可 能引起太阳能电池中的晶体缺陷。

等离子体蚀刻是用氟化烃，例如CF₄或C₂F₆气体，在昂贵的真空 设备中进行的。在此方法中，预先将电池堆叠并在等离子体-蚀刻装置 中蚀刻电池边缘。此方法会产生在堆叠过程中的严重操作问题并且会 产生高的晶片破损率。这些技术问题在将来甚至会进一步加剧，这是 因为由于材料成本高，所述目标是使用比目前常用的厚度为250-330 微米的衬底更薄的多晶硅起始衬底(＜200微米)。

由于点状激光源的必要的线性(XY)运动，所以通过激光进行p-n 结的分离是一种耗时且处理量有限的方法。这样的投资费用是相当大 的。此外，还会产生局部晶体缺陷。

在昂贵的制造选择性发射极的方法(这些方法目前仅以实验室规 模开发和使用)中，使用上面已经描述的光刻氧化物掩模法。该氧化 物以使得其上稍后存在接触孔的区域不被掩蔽的方式掩蔽晶片。在未 掩蔽的区域中对被掩蔽的晶片进行磷扩散和n⁺⁺掺杂。在移除氧化物 掩模后，整个晶片被n⁺掺杂[2]。

这样制得太阳能电池，其具有选择性发射极，即具有深度为2-3 微米、掺杂浓度约为1×10²⁰cm^-3的高度掺杂的n⁺⁺区域(没有氧化物 掩模并且稍后位于接触孔下方的区域)，和在整个太阳能电池上的掺 杂浓度约为1×10¹⁹cm^-3的平坦(0.5-1微米)n⁺掺杂发射极。

光刻法的一种替代方案是使用丝网印刷成的接触线作为蚀刻掩 模。对于其制造，在文献中描述了湿法化学蚀刻和等离子体化学蚀刻。 将丝网印刷成的太阳能电池浸入HF/HNO₃混合物中的缺点，除了预计 的接触线之间硅的去除之外，还有对接触线下方的硅的侵蚀和在金属 接触线自身中可能产生的蚀刻损坏。这导致填充系数的迅速减损[3]。