DE102008049220B4 - Halbleiterbauelement mit Kontakten aus einlegierten Metalldrähten - Google Patents

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Abstract

Halbleiter-Bauelement (1; 1a; 1b), aufweisend
a. ein flächig ausgebildetes Halbleiter-Substrat (2; 2b) mit einer ersten Seite (3) und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (4),
b. mindestens eine auf mindestens einer Seite (3, 4) des Halbleiter-Substrats (2; 2b) angeordneten Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b),
c. wobei die mindestens eine Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) eine Beschichtung mit einer Diffusionssperre (7; 7a) zur Verhinderung der Diffusion von Ionen von der Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) in das Halbleiter-Substrat (2; 2b) aufweist,
d. wobei die Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) als Metalldraht ausgebildet ist,
e. wobei die Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) in einer Vertiefung (9) im Halbleiter-Substrat (2; 2b) angeordnet ist,
f. wobei die Diffusionssperre (7; 7a) der Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) zumindest bereichsweise mit dem Halbleiter-Substrat (2; 2b) zu einer Legierung verschmolzen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Halbleiter-Bauelement, ein Halbleiter-Modul mit mindestens zwei Halbleiter-Bauelementen und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleiter-Bauelements.
  • Üblicherweise haben Solarzellen eine Vorder- und eine Rückseite, wobei auf mindestens einer der beiden Seiten eine Kontakt-Struktur aufgebracht ist. Typischerweise hat die Kontakt-Struktur eine Breite von mindestens 100 μm, während ihre Dicke nur etwa 10 bis 15 μm beträgt. Eine größere Breite der Kontakt-Struktur führt zu einer Verminderung des Wirkungsgrads aufgrund der dadurch erhöhten Abschattung. Umgekehrt führt eine Verringerung der Breite der Kontakt-Struktur zu einer Erhöhung des Linienwiderstands derselben.
  • Solarzellen mit als Metalldraht ausgebildeten Kontakt-Strukturen sind beispielsweise aus der US 6 515 218 B1 , der DE 195 29 306 A1 und der EP 0 684 652 A2 bekannt. Aus der US 2007/016 9806 A1 ist eine Silizid-bildende Kontaktierung einer Solarzelle bekannt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiter-Bauelement mit einer verbesserten Kontakt-Struktur zu schaffen. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleiter-Bauelements bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 8 und 9 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, die Kontakt-Struktur für ein Halbleiter-Bauelement als elektrisch gut leitfähigen Metalldraht mit mindestens einer Diffusions-Sperr-Beschichtung auszubilden, wobei die Beschichtung der Kontakt-Struktur zur Ausbildung eines elektrischen Kontakts mit dem Halbleiter-Substrat zumindest bereichsweise eine Legierung bildet.
  • Durch die hohe elektrische Leitfähigkeit kann die Querschnittsfläche der Kontakt-Struktur wesentlich reduziert werden, was sich in einer verminderten Abschattung bei einer gleichzeitigen Verringerung der Widerstandsverluste bemerkbar macht. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Halbleiter-Bauelements verbessert. Außerdem sind die Materialkosten der erfindungsgemäßen Kontakt-Struktur gegenüber den üblichen Kontakt-Strukturen erheblich verringert. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1 eine Aufsicht auf ein Halbleiter-Bauelement,
  • 2 eine schematische Schnitt-Darstellung eines Ausschnitts des Halbleiter-Bauelements gemäß 1,
  • 3 eine Darstellung gemäß 2 eines Halbleiter-Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 4 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Kontakt-Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 5 eine Darstellung gemäß 2 eines Halbleiter-Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
  • 6 bis 8 verschiedene Alternativen und Ansichten eines Halbleiter-Bauelements,
  • 9 eine schematische Darstellung eines Halbleiter-Moduls,
  • 10 und 11 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Bauelements gemäß einem der Ausführungsbeispiele,
  • 12 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Bauelements gemäß einem der Ausführungsbeispiele,
  • 13 eine Schnittdarstellung der beim Verfahren gemäß 12 verwendeten Andruck-Walze und
  • 14 eine schematische Darstellung eines dritten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Bauelements gemäß einem der Ausführungsbeispiele,
  • Im Folgenden wird auf die 1 und 2 Bezug genommen. Ein insbesondere als Solarzelle ausgebildetes Halbleiter-Bauelement 1 umfasst ein flächig ausgebildetes Halbleiter-Substrat 2, insbesondere aus Silizium vorzugsweise aus p-dotiertem Silizium. Das Halbleiter-Substrat 2 kann jedoch ebenso aus einem anderen Halbleiter-Material sein. Das Halbleiter-Substrat 2 weist eine als Vorderseite 3 ausgebildete erste Seite und eine dieser gegenüber liegende als Rückseite 4 ausgebildete zweite Seite auf.
  • Außerdem umfasst das Halbleiter-Bauelement 1 eine auf der Vorderseite 3 angeordnete Kontakt-Struktur 5. Die Kontakt-Struktur 5 ist aus mehreren Drähten 30 aus Metall, insbesondere aus Kupfer-Drähten, ausgebildet. Die Metall-Drähte 30 der Kontakt-Struktur 5 sind insbesondere parallel zueinander angeordnet. Sie weisen jeweils einen metallischen Kern 6 auf, welcher mit einer Diffusions-Sperre 7 beschichtet ist. Der Kern 6 ist aus einem Material mit einer hohen spezifischen Leitfähigkeit von mindestens 30 MS/m, insbesondere mindestens 45 MS/m, vorzugsweise mindestens 55 MS/m. Der Kern 6 weist vorzugsweise zumindest einen Anteil an Kupfer auf. Der Kupferanteil des Kerns 6 beträgt vorzugsweise mindestens 50%, insbesondere mindestens 70%, insbesondere mindestens 90%. Alternativ hierzu kann der Kern 6 einen entsprechenden Anteil an Silber oder einer silberhaltigen Legierung aufweisen. Der Kern 6 hat einen polygonalen, insbesondere einen drei- oder viereckigen, oder einen runden, insbesondere kreisförmigen oder elliptischen, Querschnitt. Der Querschnitt hat eine Querschnittsfläche Q im Bereich von 50 μm2 bis 20.000 μm2, insbesondere im Bereich von 700 μm2 bis 12.000 μm2, vorzugsweise im Bereich von 1.500 μm2 bis 7.000 m2. Die Diffusions-Sperre 7 hat eine Dicke im Bereich von 1 μm bis 10 μm, insbesondere im Bereich von 3 μm bis 6 μm. Die Kontakt-Struktur 5 hat somit einen Linienwiderstand R1 im Bereich von 1 Ω/m bis 600 Ω/m, insbesondere weniger als 100 Ω/m, insbesondere weniger als 20 Ω/m, insbesondere weniger als 10 Ω/m, vorzugsweise weniger als 3 Ω/m.
  • Die Diffusions-Sperre 7 ist aus einem Material, insbesondere einem Metall, welches einen vernachlässigbaren Diffusionskoeffizienten und eine vernachlässigbare Mischbarkeit in Bezug auf das Material des Kerns 6 besitzt. Sie dient der Verhinderung der Diffusion von Ionen von der Kontakt-Struktur 5 in das Halbleiter-Substrat 2.
  • Die Diffusions-Sperre 7 weist zumindest einen Anteil Kobalt und/oder Nickel und/oder Silber und/oder eine Verbindung dieser Elemente auf. Sie ist insbesondere aus Kobalt oder Nickel. Die Diffusions-Sperre 7 ist zumindest bereichsweise in das Halbleiter-Substrat 2 einlegiert. Bei der Legierung handelt es sich insbesondere um Nickel- oder Kobalt-Silizid. Hierdurch wird ein niedriger Kontaktwiderstand zwischen der Kontakt-Struktur 5 und dem Halbleiter-Substrat 2 realisiert.
  • Aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit der Kontakt-Struktur 5 kann auf senkrecht zu dieser verlaufende Busbare auf dem Halbleiter-Substrat 2 verzichtet werden. Das Halbleiter-Substrat 2 ist somit Busbar-frei. Hierdurch wird die Abschattung verringert und somit der Wirkungsgrad erhöht.
  • Weitere, in den Figuren nicht explizit dargestellte Kontakte auf der Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 können als Siebdruck-Kontakte, lasergefeuerte Kontakte oder entsprechend der Kontakt-Struktur 5 auf der Vorderseite 3 ausgebildet sein.
  • Schließlich weist das Halbleiter-Bauelement 1 eine Schutz-Schicht 8. Die Schutz-Schicht 8 ist insbesondere aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid. Sie dient auch als Antireflexschicht.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 10 und 11 ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiter-Bauelements 1 beschrieben. Zunächst wird das Halbleiter-Substrat 2 bereitgestellt und der Draht 30 mit metallischem Kern 6 und Diffusions-Sperre 7, welcher die Kontakt-Struktur 5 bildet, auf der Vorderseite 3 angeordnet. Eine Anordnung auf der Rückseite 4 ist selbstverständlich ebenso möglich. Um eine mäanderförmige Anordnung des Drahtes 30 auf der Vorderseite 3 des Halbleiter-Substrats 2 zu erreichen, wird der Draht 30 zwischen zwei ineinander geschobene Kämme 14 gelegt. Hierbei läuft der Draht 30 über Umlenk-Rollen 15, welche jeweils am Ende eines Zahns 16 des Kammes 14 drehbar gelagert sind. Durch ein Auseinanderziehen der Kämme 14 parallel zur Vorderseite 3 des Halbleiter-Substrats 2 wird der Draht 30 in eine Mäanderform gebracht. Hierbei wird der Draht 30 von einer um eine Drehachse 17 drehbar gelagerte Rolle 18 abgerollt.
  • Der die Kontakt-Struktur 5 bildende Draht 30 wird direkt auf das Halbleiter-Substrat 2 aufgebracht. Anschließend wird das Halbleiter-Substrat 2 und die Kontakt-Struktur 5 zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung erhitzt. Durch Erhitzen auf eine Legierungstemperatur TL im Bereich von 300°C bis 900°C wird an der Phasengrenze zwischen der Diffusions-Sperre 7 und dem Halbleiter-Substrat 2 eine Legierung gebildet, das heißt die Diffusions-Sperre 7 wird in das Halbleiter-Substrat 2 einlegiert. Bei der Legierung handelt es sich insbesondere um Kobalt- oder Nickelsilizid oder um eine Silber-Siliziumlierung. Die Legierung hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit und bildet eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Halbleiter-Substrat 2 und der Kontakt-Struktur 5 mit einem niedrigen Kontaktwiderstand.
  • Die Bildung der Legierung wird durch leichtes Andrücken der Kontakt-Struktur 5 auf das Halbleiter-Substrat 2 beim Erhitzen begünstigt. Um ein gleichmäßiges Andrücken der Kontakt-Struktur 5 an die Vorderseite 3 des Halbleiter-Substrats 2 zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, das Halbleiter-Substrat 2 auf eine leicht konvex gewölbte Fläche aufzulegen und die mäanderförmige Kontakt-Struktur 5 über das Halbleiter-Substrat 2 zu spannen.
  • Das Erhitzen zum Einlegieren der Kontakt-Struktur 5 kann mittels Blitzlampe, durch konduktives Erwärmen der Kontakt-Struktur 5, in einem Durchlaufofen, mittels Laser oder durch eine beheizte Auflagefläche erfolgen.
  • Nach dem Einlegieren der Kontakt-Struktur 5 in die Vorderseite 3 des Halbleiter-Substrats 2 wird die auch als Antireflex-Schicht dienende Schutz-Schicht 8 auf das Halbleiter-Substrat 2 aufgebracht. Hierzu ist ein Niedrigtemperaturverfahren vorgesehen, welches die Legierung zwischen der Kontakt-Struktur 5 und dem Halbleiter-Substrat 2 unversehrt lässt.
  • Alternativ hierzu ist es möglich, das Halbleiter-Substrat 2 bereits vor dem Aufbringen der Kontakt-Struktur 5 mit der Schutz-Schicht 8 zu versehen. In diesem Fall wird die Schutz-Schicht 8 vor oder während der Anordnung der Kontakt-Struktur 5 bereichsweise geöffnet. Hierzu ist vorzugsweise ein Laser-Verfahren oder ein Ätz-Verfahren vorgesehen. Im Falle des Ätz-Verfahrens werden zum Öffnen der Schutz-Schicht phosphorsäurehaltige und/oder fluoridhaltige Ätzpasten und/oder flusssäurehaltige Lösungen eingesetzt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Ätz-Verfahren unmittelbar vor dem Erhitzen der Kontakt-Struktur 5 zur Ausbildung der Legierung zwischen derselben und dem Halbleiter-Substrat 2 durchzuführen. Vorteilhafterweise wird die Kontakt-Struktur 5 und/oder die Schutz-Schicht 8 auf dem Halbleiter-Substrat 2 ganzflächig mit einer Ätzpaste beschichtet. Sodann wird die Kontakt-Struktur 5 auf die Vorderseite 3 des Halbleiter-Substrats 2 mit der mit Ätzpaste beschichteten Schutz-Schicht 8 aufgebracht. Durch selektives Erwärmen der Kontakt-Struktur 5, beispielsweise mittels eines Lasers und/oder durch konduktive Erwärmung, erfolgt ein selektiver Ätzprozess an der Kontaktfläche zwischen der Kontakt-Struktur 5 und dem Halbleiter-Substrat 2. Hierdurch wird eine nachträgliche Positionierung des Drahtes 30 umgangen.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie beim Halbleiter-Bauelement gemäß 2, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Der Unterschied zum Halbleiter-Bauelement gemäß 2 besteht darin, dass die Kontakt-Struktur 5 in einer Vertiefung 9 im Halbleiter-Substrat 2 und/oder in der Schutz-Schicht 8 angeordnet ist. Hierdurch wird die Kontaktfläche zwischen der Kontakt-Struktur 5 und dem Halbleiter-Substrat 2 vergrößert. Die Kontakt-Struktur 5 hat in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise einen Querschnitt, welcher an den der Vertiefungen 9 angepasst ist. Vorteilhafterweise handelt es sich um einen runden Querschnitt. Im Bereich der Vertiefung 9 weist das Halbleiter-Substrat 2 vorzugsweise eine erhöhte Dotierung mit einem Dotierstoff, insbesondere Phosphor oder Bor, auf.
  • Die Vertiefung weist eine Tiefe auf, welche vorzugsweise dem Radius des Drahtes 30 entspricht. Der Draht 30 ist somit zu mindestens 30%, insbesondere mindestens 40%, insbesondere mindestens 50% seiner Querschnittsfläche in der Vertiefung 9 angeordnet.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 4 ein weitere Kontakt-Struktur 5 beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen, wie zuvor. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a. Der Unterschied besteht darin, dass die Diffusions-Sperre 7a mehrschichtig ausgebildet ist.
  • Sie umfasst eine erste Diffusions-Sperrschicht 19, eine zweite Diffusions-Sperrschicht 20 und eine dritte Diffusions-Sperrschicht 21. Die drei Diffusions-Sperrschichten 19, 20, 21 bilden zusammen die Diffusions-Sperre 7a.
  • Die innerste, erste Diffusions-Sperrschicht 19 hat eine Dicke im Bereich von 1 μm bis 10 μm. Sie ist vorteilhafterweise aus Nickel und/oder Kobalt und/oder einer Verbindung dieser Elemente.
  • Die äußerste, dritte Diffusions-Sperrschicht 21 ist vorzugsweise aus Nickel und/oder Kobalt und/oder einer Verbindung dieser Elemente, kann aber auch zumindest anteilsweise aus Silber oder Antimon sein. Sie weist eine Dicke im Bereich von 10 nm bis 200 nm auf.
  • Die mittlere, zweite Diffusions-Sperrschicht 20 ist aus einem Material, welches einerseits einen niedrigen Diffusions-Koffizienten in Bezug auf das Material der ersten und dritten Diffusions-Sperrschicht 19, 21 aufweist, andererseits keine Affinität zum Material des Halbleiter-Substrats 2 sowie einen niedrigen Diffusions-Koeffizienten bezüglich dieses Materials hat. Die zweite Diffusions-Sperrschicht 20 ist insbesondere aus Molybdän und/oder Wolfram und/oder Rhenium und/oder einer Verbindung dieser Elemente. Sofern die zweite Diffusions-Sperrschicht 20 auch eine Diffusions-Sperre für das Material des Kerns 6 der Kontakt-Struktur 5a bildet, kann auf die erste Diffusions-Sperrschicht 19 verzichtet werden. Dies ist beispielsweise der Fall, bei einem Kern 6 aus Kupfer und einer zweiten Diffusions-Sperrschicht 20 aus Molybdän.
  • Beim Einlegieren der Kontakt-Struktur 5a in das Halbleiter-Substrat 2 stellt die zweite Diffusions-Sperrschicht 20 sicher, dass die Dicke der Legierung zwischen der Diffusions-Sperre 7a und dem Halbleiter-Substrat 2 eine vorgegebene Dicke nicht übersteigt. Die Bildung einer Legierung erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel ausschließlich in der äußersten, dritten Diffusions-Sperrschicht 21. Sie reicht exakt bis zur zweiten Diffusions-Sperrschicht 20. Somit kann über die Dicke der dritten Diffusions-Sperrschicht 21 die Dicke der Legierung reguliert werden. Hierdurch wird insbesondere ein Durchbrechen des Emitters bei der Legierungsbildung und damit ein Kurzschluss zwischen Emitter und Basis vermieden.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen, wie zuvor. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten b. Beim Halbleiter-Bauelemet 1b ist das Halbleiter-Substrat 2b n-dotiert. Entsprechend weist die Kontakt-Struktur 5b zur Verbindung mit dem Halbleiter-Substrat 2b eine Beschichtung 22, insbesondere aus. Aluminium auf. Zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Kontakt-Struktur 5b und dem Halbleiter-Substrat 2b werden diese einer Wärmebehandlung mit einer Temperatur TWB unterzogen. Die Temperatur TWB liegt hierbei zwischen der eutektischen Temperatur einer Aluminium-Silizium-Legierung und der Schmelztemperatur von Aluminium, das heißt 577°C ≤ TWB ≤ 660°C. Durch die Wärmebehandlung bildet sich eine schmelzflüssige Phase umfassend die Beschichtung 22 und das Halbleiter-Substrat 2b. Beim Abkühlen auf Zimmertemperatur weist die Anordnung der Kontakt-Struktur 5b auf dem Halbleiter-Substrat 2b eine ausgezeichnete mechanische Stabilität auf.
  • Durch die Beschichtung 22 aus dreiwertigem. Aluminium wird eine lokale Hochdotierung in der unmittelbaren Umgebung der Kontakt-Struktur 5b erreicht. Hierdurch ist es möglich, einen niederohmigen Emitter 23 zwischen den Kontakt-Strukturen 5b zu diffundieren und die Kontakt-Strukturen 5b als selektiven Emitter auszubilden. Hierdurch steigt der Wirkungsgrad des Halbleiter-Bauelements 1b drastisch an.
  • Selbstverständlich kann die Kontakt-Struktur 5b auch auf der Rückseite 4 eines p-dotierten Halbleiter-Substrats 2 verwendet werden, insbesondere ist die Kombination eines Rückseiten-Kontakts mit einer Kontakt-Struktur 5b gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel und dem Halbleiter-Bauelement 1 gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele denkbar.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 6 bis 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie zuvor. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel stehen die Drähte 30 der Kontakt-Struktur 5 in Richtung parallel zur Vorderseite 3 seitlich über das Halbleiter-Substrat 2 über. Sie sind elektrisch mit einem eine Quer-Verbindung bildenden Metallstreifen 10 verbunden, beispielsweise verlötet oder mittels eines leitfähigen Klebers verklebt. Der Metallstreifen 10 ist insbesondere aus Kupfer. Er bildet eine Kontaktleiste, welche zur elektrischen Verschaltung mehrerer, insbesondere benachbarter Halbleiter-Bauelemente 1 genutzt werden kann. Der Metallstreifen 10 dient außerdem als Busbar zur Querverbindung der Drähte 30 der Kontakt-Struktur 5.
  • Die Verbindung der Kontakt-Struktur 5 mit dem Metallstreifen 10 wird vorzugsweise nach dem Einlegieren der Kontakt-Struktur 5 in das Halbleiter-Substrat 2 durchgeführt.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß 7 steht die Kontakt-Struktur 5 in Richtung parallel zur Vorderseite 3 beidseitig über das Halbleiter-Substrat 2 über. Entsprechend sind zwei einander bezüglich des Halbleiter-Bauelements 1 gegenüber liegende Metallstreifen 10, welche in elektrischem Kontakt mit der Kontakt-Struktur 5 stehen, vorgesehen.
  • Gemäß 8 steht die Kontakt-Struktur 5 ebenfalls beidseitig in Richtung parallel zur Vorderseite 3 über das Halbleiter-Substrat 2 über und ist mit jeweils einem der Metallstreifen 10 elektrisch leitend verbunden. Hierbei sind der über das Halbleiter-Substrat 2 überstehende Teil der Kontakt-Struktur 5 jedoch um 180° zurückgebogen und die Metallstreifen 10 auf der Rückseite 4 des Halbleiter-Bauelements 1 angeordnet. Die Metallstreifen 10 sind jeweils durch eine elektrisch isolierende Isolationsschicht 12 von einem Rückseitenkontakt 11 des Halbleiter-Bauelements 1 elektrisch isoliert.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 9 ein Halbleiter-Modul 13 beschrieben. Das Halbleiter-Modul 13 umfasst mehrere, insbesondere mindestens zwei Halbleiter-Bauelemente 1 gemäß der vorhergehenden Beschreibung. Hierbei ist die Kontakt-Struktur 5 eines der Halbleiter-Bauelemente 1 jeweils mit einem weiteren der Halbleiter-Bauelemente 1, insbesondere dem benachbarten Halbleiter-Bauelement 1 elektrisch leitend verbunden. Vorzugsweise ist die Kontakt-Struktur 5 jeweils mit der Vorderseite 3 des einen Halbleiter-Bauelements 1 und der Rückseite 4 des benachbarten Halbleiter-Bauelements 1 elektrisch leitend verbunden. Es ist jedoch ebenso denkbar, jeweils die Vorderseiten 3 und/oder die Rückseiten 4 benachbarter Halbleiter-Bauelemente 1 mittels der Kontakt-Struktur 5 miteinander zu verbinden.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 12 und 13 ein weiteres Verfahren zum Herstellen des Halbleiter-Bauelements 1 beschrieben. Anstelle der mäanderförmigen Anordnung der Kontakt-Struktur 5 auf der Vorderseite 3 des Halbleiter-Substrats 2 werden bei diesem Ausführungsbeispiel mehrere Drähte 30, welche die Kontakt-Struktur 5 bilden, von jeweils einer eigenen Rolle 18 abgerollt. Die Rollen 18 weisen vorteilhafterweise eine gemeinsame Drehachse 17 auf.
  • Das Anpressen der die Kontakt-Struktur 5 bildenden Drähte 30 an das Halbleiter-Substrat 2 erfolgt jeweils mit einer Anpress-Rolle 24. Um eine Kontakt-Struktur 5 mit einem dreieckigen Querschnitt gemäß dem Ausführungsbeispiel in 2 zu erreichen, können Drähte 30 mit einem bereits im Ausgangszustand dreieckigen Querschnitt verwendet werden. Vorzugsweise wird die dreieckige Querschnittsform jedoch durch eine plastische Verformung des Drahtes 30 während des Aufbringens desselben auf das Halbleiter-Substrat 2 erzeugt, wodurch ein Verdrehen des Drahtes 30 vermieden werdet kann. Zum Erzeugen der dreieckigen Querschnittsform weist die als Profilwalze ausgebildete Anpress-Rolle 24 jeweils eine im Querschnitt dreieckförmige Aussparung 25 auf, durch welche der Draht 30 geführt und beim Erhitzen plastisch verformt wird. Durch die Form der Aussparung 25 lässt sich somit auf einfache Weise der Querschnitt der Kontakt-Struktur 5 vorgehen. Der aus dem Halbleiter-Substrat 2 herausragende Teil des Drahtes 30 erhält beim Anpressen mit der Anpress-Rolle 24 auf das Halbleiter-Substrat 2 einen Querschnitt, welcher gerade dem Querschnitt der Aussparung 25 entspricht.
  • Auch bei diesem Verfahren wird das Halbleiter-Bauelement 1 nach dem Aufbringen der Kontakt-Struktur 5 mit der Schutz-Schicht 8 versehen.
  • Alternativ hierzu ist wiederum möglich, das Halbleiter-Substrat 2 vor dem Aufbringen der Kontakt-Struktur 5 mit der Schutz-Schicht 8 zu versehen und letztere mittels eines Ätz-Verfahrens oder durch Laser-Ablation zu öffnen. Hierbei wird erfindungsgemäß darauf geachtet, dass der Emitter 23 nicht durchbrochen wird. Im Falle der Laser-Ablation ist vorgesehen, in einem phosphorhaltigen Medium zu arbeiten, um einen lokal hochdotierten Emitter 23 zu erzeugen.
  • Vorzugsweise wird der von einem geeigneten Laser 31 erzeugte Laserstrahl zum Öffnen der Schutz-Schicht 8 direkt vor dem mittels der Anpress-Rolle 24 auf das Halbleiter-Substrat 2 angepressten Draht 30 geführt. Die Bildung der Legierung aus der Diffusions-Sperre 7 oder der Beschichtung 22 mit dem Material des Halbleiter-Substrats 2 erfolgt bei diesem Verfahren vorteilhafterweise mittels der Restwärme des Laseröffnungsprozesses. Es ist aber ebenso möglich, die Legierungsbildung zwischen Diffusions-Sperre 7 und dem Halbleiter-Substrat 2 durch nachträgliches Erwärmen mittels Blitzlampe, Temperofen oder durch konduktives Erwärmen einzuleiten.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 14 ein weiteres Verfahren zur Herstellung des Halbleiter-Bauelements 1 beschrieben. Das Verfahren entspricht im Wesentlichen dem Verfahren gemäß der 12 und 13, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Jedoch ist anstelle der Anpress-Rollen 24 ein Stempel 26 vorgesehen, mit welchem die von den Rollen 18 abgerollten Drähte 30 der Kontakt-Struktur 5 auf das Halbleiter-Substrat 2 gepresst werden. Als Gegenstück zum Stempel 26 ist eine Grundplatte 27 vorgesehen. Zum Aufbringen der Kontakt-Struktur 5 auf das Halbleiter-Substrat 2 wird letzteres auf die Grundplatte 27 aufgelegt, die Drähte 30 der Kontakt-Struktur 5 darauf angeordnet und sodann mittels des Stempels 26 auf das Halbleiter-Substrat 2 gepresst. Hierbei ist der Stempel 26 und/oder die Grundplatte 27 beheizt. Selbstverständlich ist es ebenso möglich, die Drähte 30 direkt, beispielsweise konduktiv zu erhitzen.
  • Sodann wird das Halbleiter-Bauelement 1 entlang einer Transportrichtung 28 weitergeführt, wodurch die Drähte 30 von den Rollen 18 abgewickelt werden. Nach dem Aufbringen der Kontakt-Struktur 5 werden die Drähte 30 derselben mittels einer Schneid-Einrichtung 29 durchtrennt. Dies geschieht jedoch vorteilhafterweise erst, nachdem die Kontakt-Struktur 5 zur Herstellung des nachfolgenden Halbleiter-Bauelements 1 auf dem Halbleiter-Substrat 2 angeordnet und durch Aufpressen des Stempels 26 fixiert wurde. Somit wird die Position der Kontakt-Struktur 5 des nachfolgenden Halbleiter-Bauelements 1 auf einfache Weise durch die seines Vorgängers vorgegeben.
  • Vorteilhafterweise weist der Stempel 26 eine weiche, bis zur Legierungstemperatur TL temperaturbeständige Beschichtung, beispielsweise aus Silikon, auf, um Unebenheiten und/oder Dickenschwankungen des Halbleiter-Substrats auszugleichen. Selbstverständlich können im Stempel 26 auch Aussparungen 25 zur plastischen Verformung des die Kontakt-Struktur 5 bildenden Drahtes 30 vorgesehen sein.

Claims (13)

  1. Halbleiter-Bauelement (1; 1a; 1b), aufweisend a. ein flächig ausgebildetes Halbleiter-Substrat (2; 2b) mit einer ersten Seite (3) und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (4), b. mindestens eine auf mindestens einer Seite (3, 4) des Halbleiter-Substrats (2; 2b) angeordneten Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b), c. wobei die mindestens eine Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) eine Beschichtung mit einer Diffusionssperre (7; 7a) zur Verhinderung der Diffusion von Ionen von der Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) in das Halbleiter-Substrat (2; 2b) aufweist, d. wobei die Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) als Metalldraht ausgebildet ist, e. wobei die Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) in einer Vertiefung (9) im Halbleiter-Substrat (2; 2b) angeordnet ist, f. wobei die Diffusionssperre (7; 7a) der Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) zumindest bereichsweise mit dem Halbleiter-Substrat (2; 2b) zu einer Legierung verschmolzen ist.
  2. Halbleiter-Bauelement (1; 1a; 1b) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) mittels einer elektrisch leitfähigen Legierung mit dem Halbleiter-Substrat (2; 2b) verbunden ist.
  3. Halbleiter-Bauelement (1; 1a; 1b) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) einen Linienwiderstand Ri von weniger als 20 Ω/m aufweist.
  4. Halbleiter-Bauelement (1; 1a; 1b) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) einen Kupfer-Draht umfasst.
  5. Halbleiter-Bauelement (1; 1a; 1b) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionssperre (7; 7a) zumindest einen Anteil Kobalt und/oder Nickel und/oder Silber und/oder Antimon und/oder eine Verbindung dieser Elemente aufweist.
  6. Halbleiter-Bauelement (1; 1a; 1b) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) zumindest teilweise in Richtung parallel zu einer der Seiten (3, 4) des Halbleiter-Substrats (2; 2b) über dieses übersteht.
  7. Halbleiter-Bauelement (1a) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionssperre (7a) mehrschichtig ausgebildet ist.
  8. Halbleiter-Modul (13) umfassend a. mindestens zwei Halbleiter-Bauelemente (1; 1a; 1b) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, b. wobei die Halbleiter-Bauelemente (1; 1a; 1b) mittels mindestens einer der Kontakt-Strukturen (5; 5a; 5b) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
  9. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Bauelements (1; 1a; 1b) umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines flächig ausgebildeten Halbleiter-Substrats (2; 2b) mit einer ersten Seite (3) und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (4), – Bereitstellen einer als Metalldraht ausgebildeten Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) mit einer Diffusionssperre (7; 7a) zur Verhinderung der Diffusion von Ionen von der Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) in das Halbleiter-Substrat (2; 2b), – Anordnen der Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) auf mindestens einer der Seiten (3, 4) des Halbleiter-Substrats (2; 2b), – wobei die Kontaktstruktur (5; 5a; 5b) in einer Vertiefung (9) im Halbleitersubstrat angeordnet wird, – zumindest bereichsweises Erhitzen des Halbleiter-Substrats (2; 2b) und der Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem Halbleiter-Substrat (2; 2b) und der Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b), – wobei die Diffusionssperre (7; 7a) der Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) beim Erhitzen zumindest bereichsweise eine Legierung mit dem Halbleiter-Substrat (2; 2b) bildet.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiter-Substrat (2; 2b) auf eine Legierungstemperatur (TL) im Bereich von 300°C bis 900°C erhitzt wird.
  11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Legierung durch leichtes Andrücken der Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) auf das Halbleiter-Substrat (2; 2b) beim Erhitzen begünstigt wird.
  12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einlegieren der Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) in das Halbleiter-Substrat (2; 2b) eine Schutz-Schicht (8) mittels eines Niedrigtemperaturverfahrens, welches die Legierung zwischen der Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) und dem Halbleiter-Substrat (2; 2b) unversehrt lässt, auf das Halbleiter-Substrat (2; 2b) aufgebracht wird.
  13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiter-Substrat (2; 2b) vor dem Aufbringen der Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) mit einer Schutz-Schicht (8) versehen wird, welche vor oder während des Aufbringens der Kontakt-Struktur (5; 5a; 5b) bereichsweise geöffnet wird.
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