KR20160017104A - Sio2 레지스트층 제조용 조성물 및 이의 사용 방법 - Google Patents
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Abstract
Description
도 2 는 핀 프로필러로 측정된 높이 프로필, 및 상이한 웨이퍼 온도에서 연마된 웨이퍼 상 인쇄된 isishape SolarResistTM 라인의 현미경 이미지를 보여준다. T기판 = 90℃ 로, 최상의 균일성이 수득되었다.
유리하게는, 본 발명에 따른 조성물은 높은 측면 해상도로 인쇄될 수 있다. 해상도는 인쇄기의 기계적 정확도, 액적 크기, 건조 전 잉크 퍼짐성 및 기판 표면에 의해 조절된다. 높은 측면 해상도를 갖는 고품질 이미지를 위해 조성물을 더 최적화하기 위해서, 상이한 잉크젯 인쇄 시스템을 사용하여 이를 전사시킨다. SX3 인쇄헤드를 갖는 Litrex 시스템으로 얻어지는 전형적인 결과가 기재된다. SX3 헤드로부터 통상 분출되는 12 pl 액적은 29 마이크론의 이동시 직경을 갖는다.
다수의 액적이 사용되어 150 nm 초과의 원하는 건조 필름 두께를 갖는 라인을 형성하는 경우, 연마 및 광택 에칭된 웨이퍼에서 90 ㎛ 의 최적화된 라인 폭이 수득될 수 있다. 라인 사이의 간격은 표면 거칠음에 의해 제한되며 작아진다. 데미지-에칭 및 텍스쳐링된 웨이퍼의 거칠음은 일부 라인 퍼짐성을 일으키지만, 이의 거칠음은 핀 프로필러에 의한 정량화를 저지시킨다. 조성물의 인쇄된 큰 블록 내의 홀이, 65 마이크론까지의 크기로 수득될 수 있다.
도 3 은 Litrex 시스템에서 인쇄된 90 ㎛ 라인 및 50 ㎛ 간격 패턴을 갖는 전체 연마 (full polished) 규소 웨이퍼를 보여준다.
본 발명에 따른 조성물로부터 제조된 확산 배리어로서 이러한 필름의 기능성을 증명하기 위해서, 200 Ωcm p-유형 Si 웨이퍼로부터의 두 가지 유형의 샘플을 제조하였다: 첫 번째 유형에서, 도 3 에서 보여주는 것과 유사하게, 너비 100 ㎛ 의 간격을 갖는 폭 100 ㎛ 의 협소한 라인이 잉크젯 인쇄에 의해 침착된다. 이러한 샘플을 측면 분해 SEM 측정에 사용한다. 두 번째 유형의 샘플에서, 3.0 cm × 1.5 cm 의 부위를 잉크 조성물로 완전히 덮는다. 이러한 샘플을 ECV 방법에 의해 깊이-분해 (depth-resolved) 도펀트 프로필의 측정에 사용한다. 적용된 확산 방법으로, 비보호된 웨이퍼 상에서 40 Ω/square 의 시트 저항을 갖는 방사체가 야기된다.
도 4 는 첫 번째 유형 샘플의 횡단면의 SEM 이미지를 보여준다. 샘플의 좌측 부분은 인 확산 동안, 적용된 잉크 조성물로 인한 배리어 라인에 의해 덮여 있는 반면, 우측 부분은 두 라인 사이의 간격을 나타낸다. 비보호된 우측 부분의 절단된 가장자리에서의 암-대조 (dark contrast) 는 인 원자의 확산으로 인한 n-유형 도핑을 나타낸다. 좌측 부분은 적용된 조성물로 인한 190 nm 두께 배리어 층에 의해 보호되어 있다. 명-대조 (bright contrast) 는 인이 웨이퍼를 관통하지 않았다는 것을 나타낸다.
따라서, 도 4 는 인 확산 및 배리어 층의 제거 후 부분적으로 잉크 조성물이 덮인 p-유형 Si 웨이퍼의 단면의 측경 SEM 이미지를 보여준다. 비보호된 우측 부분의 절단된 가장자리에서의 암-대조는 인 원자의 확산으로 인한 n-유형 도핑을 나타낸다. 좌측 부분은 190 nm 두께 잉크 조성물 층에 의해 보호되어 있다. 명-대조는 인이 웨이퍼를 관통하지 않았다는 것을 나타낸다.
다시금, 도 5 는 인-확산 후 200 Ω cm p-유형 Si 웨이퍼의 전형적 잉크 조성물 보호된 부위 내에서의 ECV 측정에서 수득된 깊이-분해 도펀트 프로필을 보여준다. 오직 기판의 배경 도핑만이 검출될 수 있다. 이러한 결과는 국소적으로 적용된, 본 발명에 따른 잉크 조성물로 인한 190 nm 두께 필름이, 산업적으로 관련된 인 확산 방법에 대해 규소 웨이퍼를 보호한다는 것을 보여준다.
도 5: 인-확산 후 200 Ω cm p-유형 Si 웨이퍼의 전형적 잉크 조성물 보호된 부위 내에서의 ECV 측정에서 수득된 깊이-분해 도펀트 프로필을 보여준다. 오직 기판의 배경 도핑만이 검출될 수 있다. 적용된 확산 방법으로, 비보호된 웨이퍼 상에서 40 Ω/square 의 시트 저항을 갖는 방사체가 야기된다.
이의 배리어 기능 및 고해상도로 인쇄되는 능력 외에도, 태양 전지 제조에 대한 조성물의 적용가능성은 높은 전하 담체 수명을 가능하게 하는 잠재성에 또한 의존한다. 그러므로, 사용되는 조성물이 고온 확산 방법 동안 결정질 규소 벌크 내 재결합 중심을 형성할 수 있는 오염물을 갖지 않는 것이 필수적이다.
확산 후 PECVD-침착 SiNx 에 의한 부분적으로 잉크 조성물 보호된 Si 웨이퍼의 부동화는 벌크 담체 수명에 대한 조성물의 임의의 효과를 검출하기에 민감한 방법이다. 덮인 부위 및 덮이지 않은 부위에서의 벌크 담체 수명의 비교로, 특히, 규소 벌크 물질에 확산되며 그 곳에서 재결합 중심을 형성하는 매우 유동성인 양이온에 의한 잠재적 오염이 밝혀진다. 이러한 양이온성 (금속성) 오염의 부재는 고온 방법에 대한 가장 중요한 필수 조건 중 하나이다.
도 6 은 SiNx 에 의한 표면 부동화 및 방사체의 제거, 인 확산, 잉크 조성물로 인해 야기되는 층에 의한 보호 후 200 Ω cm p-유형 Si 웨이퍼의 공간적 분해 담체 수명을 보여준다. 적색 직사각형은 잉크 조성물로 인해 야기된 층에 의해 보호된 부위를 나타낸다. 담체 수명에 대한 잉크 조성물의 효과는 식별할 수 없다. 평균 유효 담체 수명은, 덮인 부위와 덮이지 않은 부위 모두에서 τeff = (2700 ± 100) ㎲ 이다.
벌크 담체 확산 길이 L벌크 = (4.5 ± 1 ) mm 를, 하기 화학식에 따라 계산한다:
[식 중,
D = 34.3 ㎠/s 는 확산 상수이고,
W = 300 ㎛ 는 웨이퍼의 두께이고,
S = (3 ± 1) cm/s 는 SiNx-부동화된 표면의 재결합 속도 (상기 기재된 조성물로부터 제조된 층으로 보호되지 않고, 확산이 없는 참조 웨이퍼에서의 수명 측정에서 추론된 바와 같음) 임].
벌크 담체 확산 길이의 수득된 값은 케르와 쿠에바스 (Kerr and Cuevas) 에 의한 매개변수화로부터 계산된 바와 같은 6.7 mm 의 내재값에 매우 가깝다. 그러므로, 적용된 조성물에는 고온 확산 방법에서 태양 전지의 벌크 품질에 영향을 줄 수 있는 오염물이 없다고 결론내려진다.
도 6: SiNx 에 의한 표면 부동화 및 방사체의 제거, 인 확산, 통상적 잉크 조성물로 인해 야기되는 층에 의한 보호 후 200 Ω cm p-유형 Si 웨이퍼의 유효 전하 담체 수명의 공간적 분해 측정을 보여준다. (적색) 직사각형은 통상적 잉크 조성물로 인해 야기되는 층에 의해 보호된 부위를 나타낸다. 벌크 담체 수명에 대한 잉크 조성물의 효과는 식별할 수 없다.
Claims (23)
- SiO2-층 또는 SiO2-라인을, 잉크젯 인쇄가능한 SiO2 전구체 조성물을 사용하여 기판 표면에 생성하는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 패턴화 또는 구조화된 SiO2-층 또는 SiO2-라인을, 잉크젯 인쇄되는 SiO2 전구체 조성물을 사용하여 고해상도로 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 패턴화 또는 구조화된 SiO2-층 또는 SiO2-라인을, 용매로서 하나 이상의 고 비등 알코올을 포함하는 SiO2 전구체 조성물을 기판 표면에 고해상도로 잉크젯 인쇄하고, 전구체를 고체 SiO2 로 전환하기 위해 고온에서 건조 및 처리함으로써 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, SiO2 전구체 조성물을 실온 내지 300℃ 이하, 바람직하게는 실온 내지 150℃ 이하, 가장 바람직하게는 실온 내지 70℃ 이하 범위의 온도에서 잉크젯 인쇄하며, 80-400℃, 바람직하게는 100-200℃ 범위의 온도에서 건조하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 인쇄 후 잉크젯 인쇄 및 건조된 SiO2 전구체 조성물을 500℃ 초과 내지 1000℃ 미만의 온도에서 SiO2 로 이루어지는 배리어 필름으로 전환하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 건조된 SiO2 전구체 조성물을 650℃ 초과 내지 900℃ 미만의 온도에서 SiO2 로 이루어지는 배리어 필름으로 전환하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 건조 및 이후의 전환을 위한 온도를, 처리된 웨이퍼를 절약할 뿐 아니라 용매를 원활하게 증발시키기 위해 느린 정도로 상승시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 하기를 포함하는 SiO2 전구체 조성물:
(A) 하기 일반식 (I) 의 SiO2 전구체 또는 전구체 혼합물;
[식 중, 서로 독립적으로,
R 은 A, AOA, Ar, AAr, AArA, AOAr, AOArA, AArOA 이고, 상기 A 는 선형 또는 분지형 C1-C18-알킬, 또는 치환 또는 비치환 시클릭 C3-C8 알킬이고; Ar 은 탄소수 6-18 의 치환 또는 비치환 방향족기이고,
n = 1-100 이고,
R 은 Si 또는 인접기 R 에 대해 추가적인 직접적 결합을 구축할 수 있음] 및
(B) 하나 이상의 알코올, 또는 알코올의 균질 혼합물, 또는 하나 이상의 알코올과 하나 이상의 유기 조용매의 균질 혼합물, 또는 조용매와 하나 이상의 알코올의 균질 혼합물인, 100℃ 초과 내지 400℃ 미만의 비등 온도를 갖는 고 비등 용매 또는 균질 용매 혼합물. - 제 8 항에 있어서, R 이 메틸, 에틸, i- 또는 n-프로필이고, 가장 바람직하게는 에틸인 일반식 (I) 의 SiO2 전구체 또는 전구체 혼합물을 포함하는 SiO2 전구체 조성물.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 테트라에틸렌 글리콜, 글리세롤, 디프로필렌 글리콜, 4-메톡시벤질 알코올, 트리프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 부틸 에테르, 2-페녹시에탄올, 디에탄올아민, 트리에틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 2-운데칸올, 에틸렌 글리콜 2-에틸헥실 에테르, 디에틸렌 글리콜 프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 헥실 에테르, 디에틸렌 글리콜, 1-데칸올, a-테르피네올, 락트산, 헥실렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1-노난올, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 1,3-부탄디올, 벤질 알코올, 1-옥탄올, 2-메틸-2-헵탄올, 2-옥탄올, 2,2-디메틸-1-펜탄올, 1-헵탄올, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 4-헵탄올, 3-헵탄올, 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르, 테트라히드로푸르푸릴 알코올, 프로필렌 글리콜 부틸 에테르, 푸르푸릴 알코올, 디아세톤 알코올, 2-헵탄올, 에탄올아민, 5-메틸-2-헥산올, 디에틸렌 글리콜 메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 1-헥산올, 시클로헥산올, 3-메틸시클로헥산올, 2,2-디메틸-1-부탄올, 4-메틸-1-펜탄올, 에틸렌 글리콜 프로필 에테르, 에틸 락테이트, 2-헥산올, 2-메틸-1-펜탄올, 2-에틸-1-부탄올, 3-헥산올, 3-메틸-2-펜탄올 1-펜탄올, 시클로펜탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 2-메틸-3-펜탄올, 3-메틸-1-부탄올, 에틸렌 글리콜 에틸 에테르, 3,3-디메틸-1-부탄올, 2-메틸-1-부탄올, 2-펜탄올, 에틸렌 글리콜 메틸 에테르, 3-펜탄올, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 1-부탄올, 2-메틸-1-프로판올의 군에서 선택되는 하나 이상의 알코올을 포함하는 SiO2 전구체 조성물.
- 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 메틸 알코올, 에틸 알코올, n-프로필 알코올, 리소프로필 알코올, n-부틸 알코올, 2-에틸-1 부탄올, sec-부틸 알코올, tert-부틸 알코올, 이소부틸 알코올, 이소-아밀 알코올, n-아밀 알코올, t-아밀 알코올, n-헥실 알코올, 헵탄올, 옥탄올, 알릴 알코올, 크로틸 알코올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 글리세롤, 메틸 이소부틸 카르비놀, 2-에틸-1-헥산올, 디아세톤 알코올, 노닐 알코올, 데실 알코올, 세틸 알코올, 시클로헥산올, 푸르푸릴 알코올, 테트라히드로푸르푸릴 알코올, 벤질 알코올 및 페닐 에틸 알코올의 군에서 선택되는 하나 이상의 알코올을 포함하는 SiO2 전구체 조성물.
- 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 톨루엔, 자일렌 (모든 이성질체), 테트랄린, 인단, 또는 모노, 디, 트리, 테트라, 펜타 및 헥사 알킬 벤젠, 나프탈렌, 알킬 나프탈렌, 알킬티아졸, 알킬티오펜과 같은 방향족 또는 헤테로방향족 탄화수소에서 선택되거나, n-옥탄과 같은 선형 또는 분지형 알칸, 또는 메틸시클로헥산 또는 데칼린 (이의 혼합물임) 과 같은 시클로알칸의 형태인 지방족 탄화수소에서 선택되는 하나 이상의 유기 조용매를 포함하는 SiO2 전구체 조성물.
- 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 톨루엔, 자일렌 (모든 이성질체), 테트랄린, 인단, 벤젠, 나프탈렌, n-옥탄, 메틸시클로헥산 및 데칼린의 군에서 선택되는 하나 이상의 유기 조용매를 포함하는 SiO2 전구체 조성물.
- 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, FC43, FC70, 메틸 노나플루오로부틸 에테르, 3-에톡시-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-도데카플루오로-2-트리플루오로메틸-헥산, 퍼플루오로데칸과 같은 하나 이상의 방향족 및 지방족 플루오로 용매, 또는 에틸렌 글리콜 디에틸 에테르와 같은 하나 이상의 에테르, 또는 아밀 아세테이트와 같은 에스테르, 또는 감마-부티로락톤과 같은 락톤, 또는 케톤, 또는 NMP 또는 DMF 와 같은 아미드, 설폭시드 (DMSO), 설폰 등을 포함하는 SiO2 전구체 조성물.
- 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 전체로서의 조성물을 기준으로 0.1 중량% 초과 내지 90 중량% 미만, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 초과 내지 50 중량% 미만, 가장 바람직하게는 1 중량% 초과 내지 20 중량% 미만 범위의 농도로 전구체를 포함하는 SiO2 전구체 조성물.
- 제 8 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 전체로서의 조성물을 기준으로 10 중량% 초과 내지 99.9 중량% 미만, 바람직하게는 50 중량% 초과 내지 99.5 중량% 미만, 가장 바람직하게는 80 중량% 초과 내지 99 중량% 미만의 양으로 고 비등 용매 또는 균질 용매 혼합물을 포함하고, 단, 담체 용매를 포함하는 약 90 중량% 가 100℃ 초과 내지 400℃ 미만의 비등점을 가지며 용매 혼합물의 5 중량% 이상이 고 비등 알코올인 SiO2 전구체 조성물.
- 제 8 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 인쇄 온도에서 2 cps 초과 내지 20 cps 미만 범위의 점도를 갖는 SiO2 전구체 조성물.
- 제 8 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 20 다인/cm 초과 내지 60 다인/cm 미만 범위의 표면 장력을 갖는 SiO2 전구체 조성물.
- 제 8 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 잉크젯 인쇄 가능한 것을 특징으로 하는 SiO2 전구체 조성물.
- 반도체 장치의 제조 방법 동안의 패턴화 또는 구조화된 SiO2-층 또는 SiO2-라인의 제조를 위한, 제 8 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 SiO2 전구체 조성물의 용도.
- 마이크로-스탬핑 / 소프트 석판술, 플랙소 또는 그라비어 공정 단계를 위한, 제 8 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 SiO2 전구체 조성물의 용도.
- 규소에서의 붕소 또는 인 확산에 대한 SiO2 확산 배리어의 용도.
- 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 방법 및 잉크를 사용하여 제작된 반도체 장치.
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