DE102009010816B4 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements (8) mit einer gut lötbaren Kontakt-Struktur (9) umfassend die folgenden Schritte:
– Bereitstellen eines flächig ausgebildeten Halbleiter-Substrats (1) mit
– einer ersten Seite (2),
– einer zweiten Seite (3),
– einer senkrecht auf diesen stehenden Flächennormalen (4),
– einer auf mindestens einer der Seiten (2, 3) angeordneten dielektrischen Passivierungs-Schicht (5) und
– einer auf der Passivierungs-Schicht (5) angeordneten ersten Kontakt-Schicht (6),
– zumindest bereichsweises Aufbringen mindestens einer zweiten Kontakt-Schicht (7) auf die erste Kontakt-Schicht (6),
– wobei zunächst eine Diffusions-Sperrschicht, insbesondere aus Titan oder einer Titan-Verbindung, auf die erste Kontakt-Schicht aufgebracht wird,
– wobei die mindestens eine zweite Kontakt-Schicht (7) zumindest eine Teilschicht aus einem gut lötbaren Metall, insbesondere aus Nickel und/oder Silber und/oder Zinn und/oder einer Verbindung derselben umfasst,
– wobei die mindestens eine zweite Kontakt-Schicht (7) mittels eines galvanischen und/oder stromlosen, chemischen Verfahrens...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Halbleiter-Bauelement mit einer lötbaren Kontakt-Struktur. Aus der DE 100 46 170 A1 ist eine Solarzelle mit lasergefeuerten Kontakten (LFC-Solarzelle) bekannt. Diese weist auf ihrer Oberfläche eine mehrere Mikrometer dicke Metallschicht aus Aluminium auf, welche lokal mit dem darunterliegenden Halbleiter-Substrat elektrisch leitend verbunden ist. Zur Verschaltung einzelner LFC-Zellen in einem Modul werden diese üblicherweise miteinander verlötet. Bekanntlich ist das Verlöten von Aluminium jedoch sehr problematisch und aufwändig.
  • Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen sind aus der DE 10 2005 040 871 A1 , der EP 2 031 659 A1 , der US 2009/0050202 A1 , der DE 10 2006 044 936 B4 und der DE 10 2006 046 726 A1 bekannt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements mit einer Kontakt-Struktur, welche gut lötbar ist, zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, auf eine erste Kontakt-Schicht mindestens eine weitere Kontakt-Schicht aufzubringen, welche aus einem gut lötbaren Metall ist.
  • Zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der gut lötbaren, zweiten Kontakt-Schicht und dem Halbleiter-Substrat ist vorzugsweise ein Laser-Verfahren vorgesehen.
  • Die zweite Kontakt-Schicht kann ganzflächig auf die erste Kontakt-Schicht aufgebracht werden. Hierdurch wird insbesondere die Querleitfähigkeit der Kontakt-Schicht erhöht, sodass die Dicke der ersten Kontakt-Schicht deutlich reduziert werden kann.
  • Es ist jedoch ebenso möglich, die zweite Kontakt-Schicht in einem unterbrochenen Muster, das heißt in voneinander getrennten Teilbereichen, auf die erste Kontakt-Schicht aufzubringen. Dies hat den Vorteil, dass Schichtspannungen im Schichtstapel reduziert werden und somit einer Verbiegung des Substrates entgegengewirkt werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Halbleiter-Bauelement ist besonders wirtschaftlich herstellbar und aufgrund der Eigenschaften der zweiten Kontakt-Struktur auf besonders einfache Weise in einem Solar-Modul verschaltbar.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Halbleiter-Bauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 eine Draufsicht auf ein Halbleiter-Bauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
  • 3 eine Draufsicht auf ein Halbleiter-Bauelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements 8 mit einer gut lötbaren Kontakt-Struktur beschrieben. „Gut lötbar” meint in diesem Zusammenhang, dass eine Lötung mittels Weichlötverfahren möglich ist. Zunächst wird ein flächig ausgebildetes Halbleiter-Substrat 1 mit einer ersten Seite 2, einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite 3 und einer senkrecht auf dieser stehenden Flächennormalen 4 bereitgestellt. Bei der zweiten Seite 3 handelt es sich insbesondere um die spätere Rückseite, das heißt die Seite, welche beim Betrieb der Solarzelle die sonnenabgewandte Seite bildet.
  • Als Halbleiter-Substrat 1 dient insbesondere ein Siliziumsubstrat. Als Halbleiter-Substrat 1 kann jedoch ebenso ein anderes Halbleiter-Substrat dienen.
  • Auf der zweiten Seite 3 ist eine elektrische Passivierungs-Schicht 5 angeordnet. Die Passivierungs-Schicht ist beispielsweise aus Siliziumdioxid (SiO2) oder Siliziumnitrid. Die Passivierungs-Schicht 5 hat eine Dicke in Richtung der Flächennormalen 4 im Bereich von 80–150 nm, insbesondere 100 nm.
  • Auf der Passivierungs-Schicht 5 ist eine erste Kontakt-Schicht 6 angeordnet. Die erste Kontakt-Schicht 6 ist vorzugsweise aus Aluminium. Sie dient als Reflexionsschicht und als Leiter-Schicht, welche eine Querleitfähigkeit senkrecht zur Flächennormalen 4 bewirkt. Zum Aufbringen der ersten Kontakt-Schicht ist ein Vakuum-Verfahren, insbesondere ein Aufdampf-Verfahren oder ein Sputter-Verfahren vorgesehen. Das Aufbringen der ersten Kontakt-Schicht 6 geschieht hierbei in einer Vakuum-Kammer. Das Aufbringen geschieht insbesondere unter Ausschluss von Sauerstoff.
  • Im Vergleich zu üblichen Halbleiter-Bauelementen ist die Dicke der ersten Kontakt-Schicht 6 in Richtung der Flächennormalen 4 reduziert. Sie beträgt höchstens 3 μm, insbesondere höchstens 1 μm, insbesondere höchstens 0,5 μm. Hierdurch wird sowohl Material als auch die zum Aufbringen der ersten Kontakt-Schicht 6 benötigte Prozess-Zeit reduziert.
  • Auf das Halbleiter-Substrat 1 mit der Passivierungs-Schicht 5 und der ersten Kontakt-Schicht 6 wird im Folgenden zumindest bereichsweise mindestens eine zweite Kontakt-Schicht 7 aufgebracht. Die zweite Kontakt-Schicht 7 ist aus einem gut lötbaren Metall, insbesondere aus Nickel und/oder Silber und/oder Zinn und/oder einer Verbindung derselben. Für Details sei auf die DE 10 2008 062 591 A1 verwiesen. Die zweite Kontakt-Schicht 7 ist bis zu einer Temperatur von mindestens 300°C, insbesondere mindestens 400°C, thermisch stabil, d. h. es findet keine Vermischung der Kontaktschichten 6, 7 statt. Die Kontakt-Schichten 6, 7 bilden zusammen eine Kontakt-Struktur 9.
  • Die zweite Kontakt-Schicht 7 steht in elektrischem Kontakt mit der ersten Kontakt-Schicht 6. Sie trägt daher zur Querleitfähigkeit letzterer bei. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die zweite Kontakt-Schicht 7 ganzflächig auf die erste Kontakt-Schicht 6 aufgebracht.
  • Nach dem Aufbringen der zweiten Kontakt-Schicht 7 wird eine elektrisch leitende Kontaktierung zwischen der zweiten Kontakt-Schicht 7 und dem Halbleiter-Substrat 1 hergestellt. Hierzu ist erfindungsgemäß ein Laser-Verfahren vorgesehen. Durch das Laser-Verfahren wird die zweite Kontakt-Schicht 7 lokal durch die Passivierungs-Schicht 5 hindurchgefeuert und dadurch ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontakt-Schichten 6, 7 und dem Halbleiter-Substrat 1 hergestellt. Dabei kann die zweite Kontakt-Schicht 7 lokal eine Legierung mit der ersten Kontakt-Schicht 6 und/oder dem Halbleiter-Substrat bilden.
  • Nach dem Laser-Verfahren zur Herstellung der elektrisch leitenden Kontaktierung zwischen den Kontakt-Schichten 6, 7 und dem Halbleiter-Substrat 1 kann ein Temperschritt zur Verringerung der durch den Laser induzierten Schädigung der Oberfläche des Halbleiter-Bauelements 8 vorgesehen sein.
  • Bei diesem Temperschritt wird das Halbleiter-Bauelement 8 mit den Kontakt-Schichten 6, 7 auf eine Temperatur von mindestens 300°C, insbesondere von etwa 400°C oder insbesondere von etwa 500°C erhitzt. Da die Kontakt-Schichten 6, 7 bis zu dieser Temperatur thermisch stabil sind, werden sie hierdurch nicht beschädigt.
  • In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Kontakt-Schicht 7 mehrschichtig ausgebildet. Es kann insbesondere vorteilhaft sein, zunächst eine Diffusions-Sperrschicht, insbesondere aus Titan oder einer Titan-Verbindung, auf die erste Kontakt-Schicht 6 aufzubringen. Diese Diffusions-Sperrschicht verhindert eine Diffusion von Aluminium beispielsweise in Silber. Hierdurch wird die Stabilität der Kontakt-Schichten 6, 7 bei Temperprozessen gewährleistet.
  • Gemäß der Erfindung wird die zweite Kontakt-Schicht 7 galvanisch oder chemisch, das heißt stromlos, abgeschieden. Im Falle einer galvanischen Abscheidung der zweiten Kontakt-Schicht 7 auf einer Aluminium-Schicht muss zunächst die nicht elektronenleitende Aluminium-Oxid-Schicht (Al2O3-Schicht) auf der Oberfläche der ersten Kontakt-Schicht 6 entfernt werden. Hierzu ist ein abwechselndes Ätzen mit Natriumhydroxid (NaOH) und Salpetersäure (HNO3) vorgesehen. Anschließend erfolgt eine Behandlung mit Zinkatbeize. Hierbei bildet sich durch den Austausch von Aluminium- und Zink-Ionen eine oberflächliche Zinkschicht, auf der weitere Metallschichten elektrochemisch abgeschieden werden können. Es ist ebenfalls möglich und erfindungsgemäß, die beschriebene Vorbehandlung mittels HNO3 und NaOH ausschließlich auf den Bereich, auf dem später die Busbare aufgelötet werden sollen, zu begrenzen. Hierfür bieten es sich beispielsweise an, die Chemikalien durch Tampondruck lokal aufzubringen. Bei der anschließenden elektrochemischen Beschichtung mit beispielsweise Nickel werden dann für die Dauer der Beschichtung oder auf die ersten Sekunden der Beschichtung beschränkt sehr hohe Stromdichten von bis zu 100 A/dm2, insbesondere von 30 A/dm2–50 A/dm2, insbesondere von 40 A/dm2 angelegt. Hierdurch kommt es zu einer massiven Wasserstoffentwicklung, die ein Durchbrechen der verbliebenen Oxidschicht und damit eine lokale Nickelabscheidung bewirkt.
  • Gemäß einem weiteren, in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die zweite Kontakt-Schicht 7 in einem unterbrochenen Muster, das heißt in voneinander getrennten Teilbereichen, auf die erste Kontakt-Schicht 6 aufgebracht. Sie ist somit nicht ganzflächig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch Schichtspannungen im Schichtstapel reduziert werden, wodurch einer Verbiegung des Halbleiter-Substrats 1 entgegengewirkt werden kann. Die Aufbringung in einem unterbrochenen Muster kann beispielsweise durch eine Maske erfolgen.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements (8) mit einer gut lötbaren Kontakt-Struktur (9) umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines flächig ausgebildeten Halbleiter-Substrats (1) mit – einer ersten Seite (2), – einer zweiten Seite (3), – einer senkrecht auf diesen stehenden Flächennormalen (4), – einer auf mindestens einer der Seiten (2, 3) angeordneten dielektrischen Passivierungs-Schicht (5) und – einer auf der Passivierungs-Schicht (5) angeordneten ersten Kontakt-Schicht (6), – zumindest bereichsweises Aufbringen mindestens einer zweiten Kontakt-Schicht (7) auf die erste Kontakt-Schicht (6), – wobei zunächst eine Diffusions-Sperrschicht, insbesondere aus Titan oder einer Titan-Verbindung, auf die erste Kontakt-Schicht aufgebracht wird, – wobei die mindestens eine zweite Kontakt-Schicht (7) zumindest eine Teilschicht aus einem gut lötbaren Metall, insbesondere aus Nickel und/oder Silber und/oder Zinn und/oder einer Verbindung derselben umfasst, – wobei die mindestens eine zweite Kontakt-Schicht (7) mittels eines galvanischen und/oder stromlosen, chemischen Verfahrens aufgebracht wird, und – Herstellen einer elektrisch leitenden Kontaktierung zwischen der zweiten Kontakt-Schicht (7) und dem Halbleiter-Substrat (1).
  2. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der elektrisch leitenden Kontaktierung zwischen der zweiten Kontakt-Schicht (7) und dem Halbleiter-Substrat (1) ein Laser-Verfahren vorgesehen ist.
  3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Kontakt-Schicht (7) ganzflächig auf die erste Kontakt-Schicht (1) aufgebracht wird.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Kontakt-Schicht (7) in einem unterbrochenen Muster auf die erste Kontakt-Schicht (6) aufgebracht wird.
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