PASTAS DE GRABADO PARA SUPERFICIES Y CAPAS DE SILICIO.

La presente invención se refiere a nuevos medios de grabado en forma de pastas de grabado para el grabado en toda la superficie y selectivo de superficies y capas de silicio, así como a su uso. Estado de la técnica ES 2 367 690 T3 Las superficies y capas de silicio se graban a menudo por química húmeda en baños de inmersión en la industria fotovoltaica, electrónica y de semiconductores. Este grabado en toda la superficie se puede realizar en medio ácido (grabado isotrópico) o en medio alcalino (grabado anisotrópico). En ácido se usan habitualmente mezclas de ácido fluorhídrico y ácido nítrico, en álcali se usan bases fuertes como hidróxido sódico, hidróxido potásico, hidróxido de tetrametilamonio (TMAH), etc. Para, además del grabado de toda la superficie (p. ej. grabado de pulido, grabado de textura), producir estructuras/patrones de grabado fino y definido (p. ej. para estructuras enterradas), antes de la propia etapa de grabado son necesarias etapas de proceso que requieren un coste económico, material y temporal elevado, como por ejemplo el proceso de enmascaramiento fotolitográfico conocido por el especialista. En uno de dichos procesos de enmascaramiento se parte de una oblea de silicio. Sobre ésta se forma por oxidación térmica una capa gruesa de óxido y se estructura como sigue. Mediante el recubrimiento con una capa fotorresistente, secado, exposición a la luz UV y una fotomáscara y a continuación revelado, se libera el óxido en los lugares deseados y después se elimina con ácido fluorhídrico. A continuación, se elimina la capa fotorresistente que aún queda, por ejemplo con un disolvente (pelado). La oblea de Si provista de este modo de una máscara de óxido se puede grabar ahora en una base fuerte, como p. ej. KOH al 30%, selectivamente en los lugares que no están recubiertos de óxido. La máscara de óxido es resistente frente a la base. Tras realizar el grabado selectivo del silicio se vuelve a eliminar la máscara de óxido, por lo general con ácido fluorhídrico. Dichos procedimientos litográficos no se emplean en la fabricación industrial de células solares por razones de costes [1]. Sin embargo, es necesaria la estructuración/abertura selectiva de la superficie o capa de silicio a través de la siguiente guía de proceso. En el proceso de fabricación de una célula solar de silicio estándar, en una oblea dopada p mediante p. ej. la difusión de gas en horno de POCl 3 se forma la unión pn necesaria para el efecto fotoeléctrico. Así, alrededor de toda la oblea se forma una capa de silicio dopada con n de 500 nm de grosor que se tiene que abrir/pelar parcialmente para la posterior aplicación fotovoltaica. Esta abertura se puede realizar de forma mecánica, mediante corte por láser o procedimientos de grabado en seco como el grabado por plasma. Las desventajas del pelado mecánico, p. ej. de la abrasión de los bordes de las células en la última etapa del proceso de fabricación (tras la metalización), suponen una considerable pérdida de material en silicio (y pasta metálica), el estrés mecánico y la aparición de defectos cristalinos en las células solares. El grabado por plasma se realiza con hidrocarburos fluorados, p. ej. con gas CF 4 o C 2F 6 en costosas instalaciones de vacío. Así, las células se apilan previamente y se graban en los bordes de las células en la instalación de grabado por plasma. En este proceso se producen problemas de manipulación considerables durante el apilado y por la alta proporción de rotura de obleas. Estos problemas tecnológicos aún se agravarán en el futuro, ya que a causa de los altos costes del material se pretende emplear sustratos de partida policristalinos de silicio cada vez más delgados (< 200 µm) frente a los grosores de sustrato habituales actualmente de 250-330 µm. El pelado de la unión pn por láser, condicionada por el movimiento lineal (XY) necesario de la fuente láser puntual, es un procedimiento que consume mucho tiempo, limitando la producción. Los gastos de inversión son considerables. Además, se producen defectos cristalinos locales. En los procedimientos actuales desarrollados sólo a escala de laboratorio y de cara aplicación para la elaboración de un emisor selectivo se emplea el enmascaramiento litográfico de óxido ya descrito anteriormente. El óxido enmascara la oblea, de manera que permanecen libres las zonas en las que posteriormente se encuentran los contactos. La oblea 2 enmascarada se somete a una difusión de fósforo y se dopa con n ++ en las zonas no enmascaradas. Tras la eliminación de la máscara de óxido la oblea en conjunto se dopa con n + [2]. De esta forma, se obtiene una célula solar con emisores selectivos, es decir, con zonas altamente dopadas con n ++ de 2-3 µm de profundidad (zonas sin máscara de óxido y posteriormente dispuestas bajo los contactos) de una concentración de dopante de aprox. 1*10 20 cm -3 y un emisor plano (0,5-1 m) dopado con n + por toda la célula solar con una concentración de aprox. 1*10 19 cm -3 . La alternativa a la litografía es el uso de las líneas de contacto serigrafiadas como máscara de grabado. En la bibliografía se describe tanto el grabado por química húmeda como el plasmaquímico. En la inmersión de las células solares serigrafiadas en una mezcla de HF/HNO 3 junto a la retirada de silicio proyectada entre las líneas de contacto son una desventaja el ataque del silicio bajo las líneas de contacto y los daños de grabado en las propias líneas de contacto metálicas. De esta forma, se produce un rápido empeoramiento del factor de relleno [3]. El grabado plasmaquímico (Reactive Ion Etching, RIE, grabado por iones reactivos) se realiza con gases como p. ej. SF 6 o SF 6/O 2 en costosas instalaciones de vacío y bajo considerables gastos de optimización tecnológica del proceso [4], [5], [6]. Así, además de la formación del emisor selectivo, la superficie de silicio del lado del emisor se estructura (cardado, texturado) de manera que mejora el comportamiento antirreflexión de la célula solar. El objeto de la invención es encontrar un procedimiento rentable con pocas pérdidas de material para la abertura de uniones pn en células solares. Por consiguiente, también es objeto de la presente invención proporcionar un procedimiento sencillo, rentable, aplicable a la industria de células solares, para poder grabar de forma selectiva superficies de silicio para la fabricación de emisores y para la mejora del comportamiento antirreflexión. Al mismo tiempo es objeto de la presente invención proporcionar un medio de grabado barato para la realización del procedimiento de grabado. El objeto se alcanza en particular mediante un medio de grabado para grabar superficies y capas de silicio en forma de un líquido alcalino espesado, realizándose el proceso de grabado en el líquido alcalino que contiene disolvente. Por eso, la solución del presente objeto se realiza mediante la preparación de una pasta de grabado rentable que se puede aplicar sobre las zonas a grabar de forma rápida y selectiva, p. ej. con un serigrafiador o un dispensador y por tanto minimiza esencialmente por un lado el uso de productos químicos de grabado y por otro lado la pérdida de material en las células solares. En particular, la presente invención consiste en el uso de un medio de grabado que se puede imprimir y dispensar para eliminar parcialmente las capas dopadas de las superficies o capas de silicio, caracterizándose el medio de grabado porque es un líquido alcalino espesado en forma de una pasta de grabado, la cual a. contiene como componente de grabado una base orgánica o inorgánica en una concentración de 30 40% en peso, referido a la cantidad total de medio de grabado, b. al menos un disolvente c. medio espesante seleccionado del grupo de guar hidroxialquilo, goma de xantano, celulosa y/o etil-, hidroxipropil-, hidroxietilcelulosa, carboximetilcelulosa, carboximetilhidroxietilcelulosa sódica, homopolímeros o copolímeros basados en unidades vinilo funcionalizadas del ácido acrílico, acrilatos y alquilmetacrilatos (C 10-C 30) solos o mezclados en una cantidad de 1,5 6% en peso referido a la cantidad total de medio de grabado, y dado el caso ES 2 367 690 T3 d. aditivos como antiespumantes, agentes tixotrópicos, agentes de control del flujo, desaireadores, agentes de adhesión, y actúa grabando a temperaturas en el intervalo de 70 a 150ºC y/o dado el caso se puede activar mediante aportación de energía. 3 Como componentes de grabado el medio de grabado que se puede imprimir y dispensar contiene al menos un componente seleccionado del grupo de hidróxido sódico, hidróxido potásico, amoníaco, etanolamina, etilendiamina, hidróxido de tetraalquilamonio o una de las mezclas etilendiamina/catecol o etanolamina/ácido gálico. Por consiguiente, son objeto de la presente invención el uso de un medio de grabado... [Seguir leyendo]

1. Uso de un medio de grabado que se puede imprimir y dispensar para eliminar parcialmente las capas dopadas de las superficies o capas de silicio, caracterizándose el medio de grabado porque es un líquido alcalino espesado en forma de una pasta de grabado, la cual a. contiene como componente de grabado una base orgánica o inorgánica en una concentración de 30 40% en peso, referido a la cantidad total de medio de grabado, b. al menos un disolvente c. medio espesante seleccionado del grupo de guar hidroxialquilo, goma de xantano, celulosa y/o etil-, hidroxipropil-, hidroxietilcelulosa, carboximetilcelulosa, carboximetilhidroxietilcelulosa sódica, homopolímeros o copolímeros basados en unidades vinilo funcionalizadas del ácido acrílico, acrilatos y alquilmetacrilatos (C 10-C 30) solos o mezclados en una cantidad de 1,5 6% en peso referido a la cantidad total de medio de grabado, y, dado el caso, ES 2 367 690 T3 d. aditivos como antiespumantes, agentes tixotrópicos, agentes de control del flujo, desaireadores, agentes de adhesión, y actúa grabando a temperaturas en el intervalo de 70 a 150ºC y/o dado el caso se puede activar mediante aportación de energía. 2. Uso de un medio de grabado según la reivindicación 1, el cual contiene como componente de grabado al menos un componente seleccionado del grupo de hidróxido sódico, hidróxido potásico, amoníaco, etanolamina, etilendiamina, hidróxido de tetraalquilamonio o una de las mezclas etilendiamina/catecol o etanolamina/ácido gálico. 3. Uso de un medio de grabado según la reivindicación 2, el cual contiene un disolvente seleccionado del grupo de agua, isopropanol, dietilenglicol, dipropilenglicol, polietilenglicol, 1,2-propanodiol, 1,4-butanodiol, 1,3-butanodiol, glicerina, 1,5-pentanodiol, 2-etil-1-hexanol o sus mezclas o seleccionado del grupo de acetofenona, metil-2hexanona, 2-octanona, 4-hidroxi-4-metil-2-pentanona, 1-metil-2-pirrolidona, éter etilenglicolmonobutílico, éter etilenglicolmonometílico, éter trietilenglicolmonometílico, éter dietilenglicolmonobutílico, éter dipropilenglicolmonometílico, carboxilatos como acetato de [2,2-butoxi-(etoxi)]-etilo, propilencarbonatos como tales o mezclados en una cantidad de 10 a 90% en peso, preferentemente en una cantidad de 15 a 85% en peso, referido a la cantidad total de medio. 4. Uso de un medio de grabado según la reivindicación 1, caracterizado porque contiene aditivos seleccionados del grupo de antiespumantes, agentes tixotrópicos, agentes de control del flujo, desaireadores y agentes de adhesión en una cantidad del 0 al 2% en peso, referido a la cantidad total. 5. Procedimiento para el grabado de superficies y capas de silicio caracterizado porque se aplica un medio de grabado según las reivindicaciones 1-4 en toda la superficie o dirigido según el patrón de estructura de grabado sólo a los lugares de la superficie en los que se desea un grabado y tras un tiempo actuación de 30 s a 5 min se vuelve a retirar. 6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el medio de grabado actúa a una temperatura en el intervalo de 70 a 150ºC y/o dado el caso se activa mediante aportación de energía. 7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el medio de grabado se activa mediante acción del calor (lámpara IR, placa calefactora). 8. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el medio de grabado se aplica mediante un procedimiento de impresión por serigrafía, templado, tamponado, estampado, por chorro de tinta o manual o en una técnica de dispensado sobre la superficie a grabar. 9. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el medio de grabado se elimina tras realizar el grabado con un disolvente o una mezcla de disolventes. 9 ES 2 367 690 T3 10. Uso de un medio de grabado según las reivindicaciones 1-4 en energía fotovoltaica, tecnología de semiconductores, electrónica de alto rendimiento, así como para la preparación de fotodiodos, circuitos integrados, componentes electrónicos. 11. Uso según las reivindicaciones 1-4 para el grabado de superficies y capas de silicio para la separación de la unión np 5 en células solares. 12. Uso según las reivindicaciones 1-4 para el grabado de superficies y capas de silicio para la fabricación de un emisor selectivo para células solares. 13. Uso según las reivindicaciones 1-4 para el grabado de superficies y capas de silicio de células solares para la mejora del comportamiento antirreflexión. 10 14. Uso según las reivindicaciones 1-4 para el grabado de superficies y capas de silicio en un procedimiento de fabricación de componentes de semiconductores y sus circuitos integrados. 15. Uso según las reivindicaciones 1-4 para el grabado de superficies y capas de silicio en un procedimiento de fabricación de componentes de electrónica de alto rendimiento.