DE102008030725A1

DE102008030725A1 - Galvanikmaske

Info

Publication number: DE102008030725A1
Application number: DE102008030725A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Krause; Bernd Dr. Bitnar; Holger Dr. Neuhaus; Frederick Bamberg
Original assignee: Deutsche Cell GmbH
Current assignee: Meyer Burger Germany GmbH
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-07-02
Also published as: DE102008030725B4; US8507828B2; US20100001407A1

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Kontakt-Struktur eines Halbleiter-Bauelements umfasst die Maskierung mindestens einer Seite (3, 4) eines Halbleiter-Substrats (2) mit einer Beschichtung (6) und deren bereichsweises Abtragen in mindestens einem vorgegebenen Bereich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktstruktur eines Halbleiter-Bauelements. Die Erfindung betrifft außerdem ein Zwischenprodukt bei der Herstellung eines Halbleiter-Bauelements.
Halbleiter-Bauelemente, insbesondere Solarzellen weisen Kontaktstrukturen auf. Diese Kontaktstrukturen haben einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität, insbesondere den Wirkungsgrad, der Solarzellen. Ein übliches Verfahren zum Aufbringen der Kontaktstrukturen umfasst die Aufbringung einer Maske durch ein Spin-On- oder Spray-On-Verfahren und anschließender Strukturierung der Maske mittels Fotolithografie. Derartige Verfahren sind sehr aufwändig und teuer und daher bei der Massenproduktion von Solarzellen meist nicht ökonomisch realisierbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für Kontaktstrukturen für Halbleiter-Bauelemente zu vereinfachen. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiter-Bauelement mit einer ökonomisch herstellbaren Kontaktstruktur bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, ein Halbleiter-Substrat mit einer Maskierung zu versehen. Vorzugsweise wird die Maske durch Eintauchen des Halbleiter-Substrats in eine Lacklösung und anschließende Strukturierung derselben durch Laser-Ablation hergestellt. Ein derartiges Verfahren ist einfach und ökonomisch durchführbar. Außerdem wird eine hohe Genauigkeit erreicht. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 ein Halbleiter-Substrat nach dem Aufbringen einer dielektrischen Schicht und einer Lack-Schicht,
2 das Halbleiter-Substrat gemäß 1 nach dem bereichsweisen Abtragen der Lack-Schicht,
3 das Halbleiter-Substrat gemäß 2 nach Öffnen der dielektrischen Schicht und
4 das Halbleiter-Substrat gemäß 3 nach einer Metallisierung.
Bei den Figuren handelt es sich lediglich um schematische, das heißt nicht maßstabsgerechte Darstellungen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Im Ausgangspunkt umfasst ein Halbleiter-Bauelement 1 ein flächig ausgebildetes Halbleiter-Substrat 2 mit einer Vorderseite 3 und einer dieser gegenüberliegenden Rückseite 4. Das Halbleiter-Bauelement 1 ist insbesondere als Solarzelle ausgebildet. Das Halbleiter-Substrat 2 ist aus einem Halbleiter-Material, insbesondere aus Silizium. Andere Halbleiter-Materialien sind jedoch ebenfalls denkbar. Zunächst wird auf die Vorderseite 3 des Halbleiter-Substrats 2 eine auch als Antireflex-Schicht dienende Passivierungs-Schicht 5 aufgebracht. Die Passivierungs-Schicht 5 ist aus einem dielektrischen Material, das heißt elektrisch isolierend. Die Passivierungs-Schicht 5 ist vorzugsweise aus Si liziumnitrid oder Siliziumdioxid. Sie hat eine Dicke von vorzugsweise weniger als 200 nm, insbesondere weniger als 100 nm.
Sodann wird das Halbleiter-Substrat 2 mit einer Beschichtung 6 versehen. Die Beschichtung 6 ist sowohl auf der Vorderseite 3 als auch auf der Rückseite 4 vorgesehen. Sie überdeckt insbesondere die Passivierungs-Schicht 5 vollständig. Selbstverständlich ist es ebenso möglich, nur eine der Seiten 3, 4 mit der Beschichtung 6 zu beschichten. Bei der Beschichtung handelt es sich insbesondere um eine Lack-Schicht. Sie wird durch Eintauchen des Halbleiter-Substrats 2 in eine Lacklösung aufgebracht. Es handelt sich somit um eine Tauchbeschichtung. Das Halbleiter-Substrat 2 wird daher beim Eintauchen beidseitig mit einer dünnen Lackschicht bedeckt. Der Lack ist resistent gegenüber nachfolgenden Ätz- und/oder Elektrolytbädern.
Der Lack umfasst typischerweise ein Epoxydharz, das in organischen Lösemitteln gelöst ist. Nach der Beschichtung wird er bei 25°C bis 120°C, insbesondere bei 100°C getrocknet. Zur Aushärtung kann optional ein Vernetzungsschritt bei 150–160°C durchgeführt werden. Die Lackschicht hat eine Dicke im Bereich von 1–50 μm, insbesondere 5–15 μm.
Sodann wird die Beschichtung 6 zur Herstellung einer Maske 7 in vorgegebenen Bereichen abgetragen. Hierfür ist ein Laser-Verfahren, insbesondere eine Laser-Ablation, vorgesehen. Durch ein derartiges Verfahren lassen sich Öffnungen 8 mit einer hohen Genauigkeit in die Beschichtung 6 einbringen. Die Öffnungen 8 haben eine Breite B im Bereich von 1 μm bis 100 μm, insbesondere im Bereich bis 20 μm, insbesondere im Bereich bis 10 μm. Die Öffnungen 8 sind kanalartig ausgebildet. Die mittels des erfindungsgemäßen Laser-Verfahrens erreichbare Genauigkeit der Anordnung und der Abmessungen der Öffnungen 8 ist besser als 5 μm, insbesondere besser als 2 μm, insbesondere besser als 1 μm. Die Öffnungen 8 sind seitlich von steilen Flanken 9 begrenzt. Die Flanken 9 schließen einen Winkel b von 70°–100°, insbesondere 80°–90° mit der darunterliegenden Seite 3 des Halbleiter-Substrats 2 ein.
Für die Laser-Ablation ist vorzugsweise ein Flüssigkeitsstrahl-geführter Laser vorgesehen. Hierbei kann der Flüssigkeitsstrahl Dotierstoffe wie beispielsweise Phosphor, Bor, Arsen, Antimon oder deren Verbindungen enthalten. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird auch die Passivierungs-Schicht 5 beim bereichsweisen Abtragen der Beschichtung 6 mittels des Laser-Verfahrens geöffnet. Somit kann das Halbleiter-Substrat 2 in den geöffneten Bereichen durch die im Flüssigkeitsstrahl enthaltenen Dotierstoffe mit einer Dotierung versehen werden. Außerdem kann bei der Laser-Ablation auch eine dünne Oberflächenschicht des Halbleiter-Substrats 2 abgetragen werden.
Alternativ zur Öffnung der Passivierungs-Schicht 5 mittels des Laser-Verfahrens kann die Passivierungs-Schicht 5 im Bereich der durch die Maske 7 freigegebenen Öffnungen 8 mittels eines naßchemischen Ätzverfahrens geöffnet werden.
Nach dem Öffnen der Passivierungs-Schicht 5 ist die Vorderseite 3 des Halbleiter-Substrats 2 freiliegend. In die Öffnungen 8 wird daraufhin mindestens eine Metall-Schicht 10 zur Ausbildung einer Kontakt-Struktur abgeschieden. Die Kontakt-Struktur ist vorzugsweise mehrschichtig ausgebildet. Die Abscheidung der Metall-Schicht 10 kann in einem chemischen und/oder galvanischen Verfahren erfolgen. Die Maske 7, insbesondere deren seitliche Flanken 9, verhindert hierbei eine Verbreiterung der Kontakt- Struktur. Die Maske 7 hat eine Dicke D im Bereich von 1 μm bis 50 μm, insbesondere von 5 bis 15 μm.
Bezüglich der Details der Kontakt-Struktur bzw. deren Abscheidung in den Öffnungen 8 wird auf die DE 10 2007 038 744 verwiesen. Vorzugsweise umfasst die Kontakt-Struktur eine Sperr-Schicht, eine darauf angeordnete Leiterschicht und eine darauf angeordnete Deckschicht. Die Sperr-Schicht ist aus einem Material, insbesondere einem Metall, welches einen vernachlässigbaren Diffusionskoeffizienten bzw. eine vernachlässigbare Mischbarkeit in Bezug auf das Material des Halbleiter-Substrats 2 und der Leiterschicht aufweist. Die Sperr-Schicht ist insbesondere aus elektrolytisch oder chemisch abgeschiedenem Nickel oder Kobalt. Die Leiterschicht weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Sie kann insbesondere aus Kupfer sein. Sie kann auch zumindest einen Anteil an Silber aufweisen. Die Deckschicht ist vorteilhafterweise aus Zinn und/oder Silber und/oder Nickel. Die Deckschicht ist korrosionsschützend.
Abschließend wird die Maske 7 gestrippt, das heißt entfernt.
Selbstverständlich ist das Aufbringen der Maske 7 und der Metall-Schicht 10 nicht auf die Vorderseite 3 des Halbleiter-Substrats 2 beschränkt. Sie kann ebenso auf der Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 oder beidseitig aufgebracht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007038744 [0018]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Kontakt-Struktur eines Halbleiter-Bauelements umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines flächigen Halbleiter-Substrats (2) mit – einer ersten Seite (3) und – einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (4), – Maskierung mindestens einer der Seiten (3, 4) durch – Beschichten mindestens einer der Seiten (3, 4) mit einer Beschichtung (6), – bereichsweises Abtragen der Beschichtung (6) in mindestens einem, vorgegebenen Bereich.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Maskierung eine Abscheidung mindestens einer Metall-Schicht (10) vorgesehen ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (6) eine Lack-Schicht umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beschichten eine Tauch-Beschichtung vorgesehen ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtragen ein Laser-Verfahren, insbesondere eine Laser-Ablation vorgesehen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser-Ablation mittels eines Flüssigkeitsstrahls geführten Lasers durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsstrahl einen Dotierstoff zur Dotierung des Halbleiter-Substrats (2) enthält.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (6) auf beiden Seiten (3, 4) aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiter-Substrat (2) vor dem Beschichten auf mindestens einer Seite (3, 4) mit einer dielektrischen Antireflex-Schicht (5) versehen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antireflex-Schicht (5) nach dem bereichsweisen Abtragen der Beschichtung mittels eines Ätzverfahrens geöffnet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim bereichsweisen Abtragen der Beschichtung (6) auch die Antireflex-Schicht (5) geöffnet wird.
Zwischenprodukt bei der Herstellung eines Halbleiter-Bauelements mit a. einem flächigen Halbleiter-Substrat (2) mit i. einer ersten Seite (3) und ii. einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (4) und
einer auf dem Halbleiter-Substrat (2) aufgebrachten Maske (7) mit Öffnungen (8), welche i. die Maske (7) vollständig durchdringen und ii. seitlich von steilen Flanken (9) begrenzt werden.
Zwischenprodukt gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (9) einen Winkel b im Bereich von 70° bis 100°, insbesondere im Bereich von 80° bis 90°, mit der darunter liegenden Seite (3, 4) des Halbleiter-Substrats (2) einschließen.
Zwischenprodukt gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (8) eine Breite (B) im Bereich von 1 μm bis 100 μm, insbesondere im Bereich bis 20 μm, insbesondere im Bereich bis 10 μm aufweisen.
Zwischenprodukt gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (8) bezüglich ihrer Anordnung und Abmessungen eine vorbestimmte Genauigkeit von besser als 5 μm, insbesondere besser als 2 μm, insbesondere besser als 1 μm aufweisen.