DE10313127A1

DE10313127A1 - Verfahren zur Behandlung von Substratoberflächen

Info

Publication number: DE10313127A1
Application number: DE10313127A
Authority: DE
Inventors: Franck Delahaye
Original assignee: Rena Sondermaschinen GmbH
Current assignee: RENA Technologies GmbH
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: TW200511422A; DE10313127B4; TWI334623B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Behandlung bzw. Bearbeitung von Substratoberflächen. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren zur Modifikation der Oberfläche von Siliziumscheiben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Behandlung bzw. Bearbeitung von Substratoberflächen. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren zur Modifikation der Oberfläche von Siliziumscheiben.
Bei der Herstellung von Siliziumscheiben, Siliziumplatten oder Wafern für die Halbleiter- und Solarzellenindustrie werden die Wafer einer Reihe von mechanischen und/oder chemischen Behandlungsschritten unterzogen, damit sie die gewünschten Größen und Produkteigenschaften erhalten. Nach dem Zuschneiden erfolgt zumeist ein nasschemisches Sägeschadenätzen unter Verwendung geeigneter Chemikalien wie insbesondere Laugen, um die durch den Schneideprozess bedingte defektreiche Schicht zu entfernen. Anschließend werden die Platten gewaschen und getrocknet.
Bei den Substraten handelt es sich meist um mit Bor p-dotierte mono- oder polykristalline Siliziumscheiben. Hierbei wird die Substrat- bzw. Siliziumoberfläche durch Einlagerung von Phosphoratomen modifiziert, wobei als Phosphorquelle üblicherweise ein Gas oder eine flüssig-pastöse Zusammensetzung eingesetzt wird. Nach entsprechender Inkubation der Waferscheiben in dem Gas bzw. in der Zusammensetzung erfolgt die Diffusion bzw. An- oder Einlagerung der Phosphoratome in die Siliziumoberfläche durch Erhitzen auf gewöhnlich 800 bis 1000°C. Nach dieser Phosphordotierung weist die Siliziumplatte eine wenige um dicke, mit Phosphor n+-dotierte Schicht auf.
Ein Problem bei dieser Oberflächenmodifikation besteht darin, dass zumeist nicht nur die gewünschte Oberfläche (Oberseite) sondern auch die gegenüberliegende Oberfläche (Unterseite) sowie insbesondere die umlaufenden Kanten der Substratscheiben durch die Behandlung modifiziert werden, woraus in der späteren Anwendung die Gefahr von Kurzschlüssen resultiert, da die Kanten elektrisch leitfähig sind.

Um dieses Problem zu beseitigen, sind im Stand der Technik unterschiedliche Verfahren entwickelt worden. Beispielsweise wird die Phosphorquelle von oben auf die zu dotierende Oberfläche aufgesprüht, und die gegenüberliegende Oberfläche (unten) wird abgedeckt bzw. maskiert, damit die Dotierung nur auf der Oberseite erfolgt. Eine zusätzliche Dotierung der Unterseite, wie sie z.B. durch Gasphasendotierung erfolgt, ist in vielen Anwendungsgebieten hinnehmbar, da die n+ Dotierung der Unter- bzw. Rückseiten der Platten anschließend zumeist durch Bildung eines „Aluminium Back Surface Field" in eine p+ Dotierung überführt wird, die z.B. für die spätere Kontaktierung einer Solarzelle notwendig ist. Derart behandelte Wafer besitzen jedoch immer Kanten, die Phosphoratome aufweisen und somit elektrisch leitfähig sind, was ohne weitere Behandlung zu Siliziumscheiben mit dem oben erwähnten Nachteil eines Risikos zur Entstehung von Kurzschlüssen in der späteren Anwendung führt.

Im Stand der Technik wird das Problem der elektrisch leitfähigen Kanten gelöst, indem diese mechanisch abgeschliffen werden. Durch das Schleifen können jedoch wie beim Sägen Defekte in der Kristallstruktur entstehen, welche zu elektrischen Verlusten führen. Der größte Nachteil dieser Vorgehensweise besteht aber in der erheblichen Bruchgefahr für die empfindlichen Scheiben.

Alternativ wird vorgeschlagen, die auf der Unter- bzw. Rückseite vorhandene leitfähige Schicht im äußeren Bereich bzw. am Rand durch Einwirkung eines Laserstrahles zu unterbrechen. Diese Kantenisolierung mittels Laser ist jedoch noch nicht etabliert und wirft insbesondere bei der Automatisierung des Prozesses sowie hinsichtlich des erreichbaren Durchsatzes Probleme auf. Weiterhin besteht die Gefahr, dass nachfolgende Verfahrensschritte sowie der Wirkungsgrad z.B. einer entsprechend hergestellten Zelle beeinträchtigt werden können durch Ablagerung von beim Lasern entstehenden Verbrennungsprodukten auf der Waferoberfläche.

Schließlich wird vorgeschlagen, mehrere Platten zu stapeln und die Kanten des Plattenstapels mittels Plasma zu ätzen. Das Kantenisolieren mittels Plasma erfordert, dass die Wafer aufeinander gestapelt werden. Sowohl die Stapelung als auch die Handhabung der Stapel erfolgen entweder manuell oder aber mit sehr hohem apparativen Aufwand automatisiert. Die Prozessierung in Stapeln verursacht daher immer eine Unterbrechung oder Umstellung des Produktionsflusses, und zwar sowohl im Rahmen einer Fertigung nach dem „Batch"-Prinzip, bei dem die Wafer in Prozesscarriern transportiert werden, als auch bei einer „Inline"-Fertigung, bei der die Wafer auf Transportbändern oder Rollen etc. durch die unterschiedlichen Verfahrensschritte geführt werden. Ferner sind die Wafer aufgrund der aufwändigen Handhabung wieder einer erhöhten Bruchgefahr ausgesetzt.

Sämtliche dieser im Stand der Technik beschriebenen Verfahren dienen somit dazu, die beiden Oberflächen (Ober- und Unterseite) hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit zu entkoppeln, wobei sie jedoch die z.T. gravierenden Probleme der zuvor dargelegten Art aufweisen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung alternativer Verfahren zur Modifikation von Oberflächen wie insbesondere solchen von Siliziumsubstraten, mit denen die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.

Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass selektiv nur eine der beiden Oberflächen, d.h. nur die Ober- bzw. Unterseite eines entsprechenden Substrates wie einer Siliziumscheibe modifiziert werden kann, wodurch das Problem der Kurzschlussbildung auf einfache Weise beseitigt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das Substrat, vorzugsweise in Form einer Siliziumscheibe, nach der Phosphordotierung einer einseitigen Ätzung zur Entfernung der mit Phosphor dotierten Schicht zugeführt wird. Dies geschieht dadurch, dass nur eine Seite der Siliziumscheibe mit einer flüssigen Zusammensetzung, die vorzugsweise KOH, HF, HNO₃, HF mit 0₃, und/oder HF mit Oxidationsmittel wie z.B. oxidierender Säure enthält, in Kontakt gebracht wird.

Es wird darauf hingewiesen, dass dieser Ätzschritt vorzugsweise direkt nach der Phosphordotierung erfolgt, da das Phosphorglasätzen zumeist nasschemisch erfolgt und die erfindungsgemäße Kantenisolation dann platzsparend und kostengünstig in der gleichen Anlage durchgeführt werden kann. Für den Fachmann ist jedoch klar, dass der erfindungsgemäße Schritt auch zu einem anderen Zeitpunkt durchgeführt werden kann. Wichtig ist allein, dass die erfindungsgemäße Ätzung vor dem Aufbringen der metallischen Kontakte auf die Rück- bzw. Unterseite eines gegebenen Substrats erfolgt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können sowohl eine Substratseite als auch die umlaufenden Kanten der Siliziumscheibe in der zuvor geschilderten Weise behandelt werden.

Zur Durchführung des Verfahrens z.B. im Rahmen einer kontinuierlichen Prozessierung wird vorgeschlagen, dass die Substrate wie insbesondere Siliziumscheiben mit ihrer Unterseite in ein Flüssigkeitsbad, welches eine oder mehrere der obigen Chemikalien, gewünschtenfalls mit weiteren Zusatzstoffen enthält, abgesenkt werden, wobei das Maß des Absenkens vom Fachmann in Abhängigkeit der Substratdicke, des Substratgewichts, und der Oberflächenspannung der flüssigen Zusammensetzung leicht eingestellt werden kann. Durch exaktes Einstellen, z.B. des Füllstandes im Behandlungsbad, ist es zudem möglich, dass nicht nur die Unterseite, sondern auch die Kanten geätzt werden, was erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist. Je nach Verfahren (kontinuierlich oder diskontinuierlich) kann es sein, dass die flüssige Zusammensetzung Zusätze z.B. zur Vermeidung von Gasblasen benötigt, wobei derartige Zusatzstoffe vom Fachmann unter Berücksichtigung der konkreten Erfordernisse leicht ausgewählt werden können. Bei der Auswahl geeigneter Zusätze, insbesondere im Durchlaufverfahrten, ist zu beachten, dass die Wafer durch eine eventuelle Gasbildung keinen zu großen Auftrieb bekommen, der den effektiven Transport beeinträchtigen könnte. Folglich wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Ätzlösung mindestens einen Zusatzstoff enthält, der in der Lage ist, die bei der chemischen Reaktion entstehenden Gase weitgehend zu binden, so dass die Bildung von Gasblasen auf der Unterseite der Scheiben weitgehend unterbunden wird.
Für den Fachmann ist klar, dass die erfindungsgemäße Behandlung nicht nur durch Absenken in ein Flüssigkeitsbad sondern auch anders erfolgen kann, solange gewährleistet ist, dass tatsächlich nur eine Seite, gewünschtenfalls auch die Kanten, von dem Ätzmittel benetzt und damit modifiziert wird. Beispielsweise können zwei unterschiedlich große Behälter vorgesehen werden, wobei der kleinere Behälter die flüssige Zusammensetzung enthält und von dem größeren Behälter umschlossen wird. Der kleinere Behälter ist randvoll mit der Flüssigkeit befüllt und erhält seine Speisung durch eine Verbindung zum größeren Behälter. Diese Flüssigkeitszufuhr kann z.B. kontinuierlich mittels Pumpe erfolgen und so eingestellt werden, dass stets eine gewisse Menge der Ätzflüssigkeit in das Außenbecken (der größere Behälter) überläuft, wobei die Flüssigkeit von dort vorzugsweise wieder in das innere Becken (den kleineren Behälter) zurückgepumpt wird. Das Pumpen der flüssigen Zusammensetzung bewirkt, dass sich der Flüssigkeitsstand immer etwas höher als der umlaufende Rand des kleineren Behälters befindet, wobei die Differenz zwischen dem Pegelstand der Flüssigkeit und der Höhe des Behälterrandes u.a. von der Oberflächenspannung des gegebenen Ätzmediums abhängt. Unter Verwendung dieser Anordnung können die zu behandelnden Scheiben im Rahmen einer Fertigungsstraße leicht horizontal über die Flüssigkeit befördert werden, so dass die Unterseite der Scheiben benetzt wird, ohne dass die Scheiben an der seitlichen Wandung des kleineren Innenbehälters anstoßen.
Alternativ können auch Tauchverfahren angewendet werden. Dabei wird die Flüssigkeitshöhe im Bad so niedrig eingestellt, dass nur die Unterseite der Scheiben, gewünschtenfalls einschließlich der Kanten, benetzt wird, wenn sie sich am niedrigsten Punkt der Tauchkurve befindet. Vorteil dieser alternativen Ausführungsform ist, dass der Oxidätzschritt in einem weiteren Tauchbad unmittelbar in der gleichen „Inline"-Anlage erfolgen kann.
Demgemäß kann das erfindungsgemäße Verfahren bei jedem bekannten Herstellungsverfahren von Halbleiterplatten und Solarzellen angewendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich in einer Durchlaufanlage durchführen. Damit ist bei einer „Inline"-Produktion kein zusätzlicher Handlingschritt der Scheiben notwendig. Ferner kann die erfindungsgemäße Rückseite/Kantenisolierung zusammen mit dem Oxidätzen in der gleichen Anlage stattfinden, wodurch die Prozesskette einfacher und kostengünstiger wird. Weiterhin können unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch solche Zellenkonzepte realisiert werden, bei denen die Rückseite der Zelle kein vollflächiges „Aluminium Back Surface Filed" aufweist.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung Substrate wie insbesondere Siliziumscheiben, deren Oberflächen erfindungsgemäß behandelt worden sind, wobei insbesondere solche Substrate besonders bevorzugt sind, bei denen auch die Kanten erfindungsgemäß behandelt sind. Diese Produkte wie insbesondere Siliziumscheiben sind aufgrund ihrer im Vergleich zu herkömmlichen Scheiben veränderten physikalisch-chemischen Eigenschaften klar von diesen unterscheidbar.

Claims

Verfahren zur Verhinderung der Kurzschlussbildung bei Siliziumscheiben, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseiten der Scheiben nach dem Schritt der Phosphordotierung einem Ätzen zur Entfernung der mit Phosphor dotierten Schicht unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Kanten der Siliziumscheiben geätzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen in einer flüssigen Zusammensetzung erfolgt, die KOH, HF, HNO₃, HF mit 0₃, und/oder HF mit Oxidationsmittel wie z.B. oxidierender Säure enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel eine oxidierende Säure ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Zusammensetzung mindestens einen Zusatz zur Bindung der beim Ätzen entstehenden Gase enthält.
Siliziumscheibe, modifiziert durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.