DE102011110171B3 - Verfahren zur Ausbildung einer metallischen Leiterstruktur - Google Patents

Verfahren zur Ausbildung einer metallischen Leiterstruktur Download PDF

Info

Publication number
DE102011110171B3
DE102011110171B3 DE102011110171A DE102011110171A DE102011110171B3 DE 102011110171 B3 DE102011110171 B3 DE 102011110171B3 DE 102011110171 A DE102011110171 A DE 102011110171A DE 102011110171 A DE102011110171 A DE 102011110171A DE 102011110171 B3 DE102011110171 B3 DE 102011110171B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
group
semiconductor material
layer
substrate
areas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102011110171A
Other languages
English (en)
Inventor
Ole Lühn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rena GmbH
Original Assignee
Rena GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rena GmbH filed Critical Rena GmbH
Priority to DE102011110171A priority Critical patent/DE102011110171B3/de
Priority to TW101128969A priority patent/TW201321560A/zh
Priority to CN2012102935230A priority patent/CN102953099A/zh
Priority to KR1020120089396A priority patent/KR20130019361A/ko
Application granted granted Critical
Publication of DE102011110171B3 publication Critical patent/DE102011110171B3/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/02—Electroplating of selected surface areas
    • C25D5/022—Electroplating of selected surface areas using masking means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/10—Electroplating with more than one layer of the same or of different metals
    • C25D5/12—Electroplating with more than one layer of the same or of different metals at least one layer being of nickel or chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/12—Semiconductors
    • C25D7/123—Semiconductors first coated with a seed layer or a conductive layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur galvanischen Metallisierung von Halbleitermaterialien in Form von Schichtoberflächen oder Substraten wie z. B. Solarzellen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Optimierung herkömmlicher Verfahren zur Schaffung selektiver Emitterstrukturen, wodurch die technischen Eigenschaften der erzeugten Produkte verbessert werden können. Das Verfahren zur Ausbildung einer metallischen Leiterstruktur auf der eine Schutzschicht aufweisenden Oberfläche eines Substrates aus einem Halbleitermaterial durch Bereitstellung diskreter, texturierter Bereiche des Halbleitermaterials mittels selektiver Entfernung der Schutzschicht, galvanischer Abscheidung einer metallischen Startschicht und nachfolgender galvanischer Abscheidung mindestens einer weiteren Metallschicht sieht vor, dass die Oberfläche des Substrates vor oder nach der Abscheidung der Startschicht mit einer hydrophoben Substanz beaufschlagt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die galvanische Metallisierung von Halbleitermaterialien in Form von Schichtoberflächen oder Substraten wie z. B. Solarzellen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Optimierung herkömmlicher Verfahren zur Schaffung selektiver Metallstrukturen, wodurch die technischen Eigenschaften der erzeugten Produkte verbessert werden können. Gemeinsames Kennzeichen dieser Schichtoberflächen oder Substrate ist eine geringfügige spezifische Leitfähigkeit ihrer Werkstoffe, wobei es sich bei den zu metallisierenden Flächen oder Bereichen um die Oberfläche der Substrate und/oder um Gräben, Löcher oder Sacklöcher in denselben handeln kann.
  • Zur Metallisierung derartiger Substrate, wie z. B. aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium für Halbleiterbauelemente als Transistoren und Dioden oder Solarzellen, sind verschiedene Verfahren bekannt. Dabei muss unter anderem darauf geachtet werden, dass Atome des zu beschichtenden Metalls nicht in den Werkstoff des Substrates diffundieren und diese dadurch langsam beschädigen oder gar zerstören. Zur Vermeidung der so genannten Metallmigration wird im Allgemeinen vor der eigentlichen Metallisierung der Substrate mindestens eine Barriereschicht oder Sperrschicht mit physikalischen Verfahren, meist im Vakuum, abgeschieden. Eine dauerhafte Anhaftung der Metallisierung auf dem Substrat auch unter Temperaturwechselbedingungen ist insbesondere dann wichtig, wenn die Strukturbreiten klein sind, was z. B. bei den Frontkontakten auf den Solarzellen der Fall ist. Im Falle von Halbleitern kommt hinzu, dass auch ein kleiner elektrischer Übergangswiderstand vom Substrat zur Metallisierung erzielt werden soll.
  • Je nach Beschaffenheit der zu metallisierenden Oberflächen und Materialien werden im Stand der Technik in Abhängigkeit der für das herzustellende Produkt gewünschten Eigenschaften vor der eigentlichen Metallisierung unterschiedliche Verfahren angewandt, wobei das gemeinsame Ziel dieser Verfahren in der Ausbildung von Metallstrukturen (Leiterstrukturen) besteht, die im Falle von Solarzellen als Kontaktfinger zur Ableitung des fotovoltaisch erzeugten Stromes dienen.
  • Gemäß DE 11 2004 000 600 T5 wird auf das Halbleitermaterial eine erste Metallschicht aus Aluminium gesputtert. Diese Schicht stellt die ohmsche Verbindung zum Halbleiter her. Eine zweite Schicht, aus z. B. Titan-Wolfram, wirkt als Diffusionsbarriere zur Vermeidung der zuvor angesprochenen Migration. Eine dritte gesputterte oder aufgedampfte Schicht, z. B. aus Kupfer, dient als Startschicht für die weitere elektrolytische oder chemische Verstärkung der Kontakte. Die Strukturen werden durch Fotoresist, Fotolithographie und durch selektives Ätzen in bekannter Weise gebildet, bevor die Anwendung weiterer bekannter Verfahrensschritte zur Fertigstellung der Kontakte auf der Solarzelle führen.
  • Zur Vereinfachung der zuvor dargelegten Abfolge notwendiger Verfahrensschritte wird in der Druckschrift DE 10 2004 034 435 A1 zur Schaffung einer strukturierten Metallisierung von Halbleiteroberflächen vorgeschlagen, zuvor bestimmte Kanten auf den Substraten zu bilden. Durch Ätzen, Laserablation oder spanende Bearbeitung des Substrates wird die Oberfläche für die Metallisierung vorbereitet, d. h. texturiert. Es werden Kanten gebildet, die dem Verlauf der abzuscheidenden Metallisierung entsprechen. Das darauf folgende elektrolytische Verfahren nutzt die bekannte Konzentration von elektrischen Feldlinien an Kanten und Spitzen von Elektroden in elektrolytischen Zellen. Auf den Kanten, die gemäß der Druckschrift gebildet und zur elektrolytischen Metallisierung vorbereitet wurden, scheidet sich das Metall ab, wobei es sich um eine im Elektrolyten beleuchtete Solarzelle handelt. Der Querschnitt der elektrolytischen Abscheidung auf den Kanten ist nahezu kreisförmig, was bei den Frontkontakten der Solarzellen oder bei großflächigen Leuchtdioden nicht immer akzeptabel sein dürfte. Nachteilig ist bei diesem Verfahren auch, dass es nicht allgemein anwendbar ist. So beschränkt sich der abgeschiedene Strukturquerschnitt auf die angenäherte Kreisform. In den meisten Fällen wird jedoch ein rechteckiger Querschnitt der metallischen Strukturen gefordert. Gänzlich unmöglich ist es bei diesem Verfahren, Gräben, Löcher und Sacklöcher zu metallisieren. In diesen Ausnehmungen ist die elektrische Feldstärke in einer elektrolytischen Zelle besonders niedrig und daher im Vergleich zu den übrigen Flächen nicht erhöht, was bei diesem Verfahren jedoch notwendig wäre. Die Feldlinien konzentrieren sich überwiegend auf die Eingangskanten derartiger Ausnehmungen. Dies ist bei der Metallisierung von Gruben, Löchern und Sachlöchern unzulässig.
  • Zur Metallisierung von Substraten aus Kunststoff sind ebenfalls verschiedene Verfahren bekannt. Sie basieren auf einer Bekeimung der Oberflächen mit elektrisch leitfähigen Stoffen. Ein Beispiel hierfür ist das in der Druckschrift DE 10 2004 026 489 B3 beschriebene Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffoberflächen. Nach einer Beizbehandlung der Oberfläche erfolgt die Bekeimung oder Aktivierung mit einer Metallsalz- und/oder Metallkomplexlösung. In einer Sulfidlösung werden Metallsulfidkomplexe gebildet, die in einem Reduktionsschritt zu Metall reduziert werden. Dieses Metall ist die erste elektrisch leitfähige Schicht und dient als Startschicht für die anschließende elektrolytische Verstärkung. Bereits vor dieser Verstärkung der gesamten Oberfläche des Substrates sind mehrere Verfahrens- und Spülschritte erforderlich. Soll das Substrat strukturiert metallisiert werden, sind zusätzliche Verfahrensschritte erforderlich.
  • Die Druckschrift EP 0 469 635 A1 beschreibt die Herstellung von Leiterplattenstrukturen auf einem elektrisch isolierenden Substrat. Die Startschicht wird durch Bekeimung, Aktivierung und außenstromlose chemische Metallisierung hergestellt. Elektrolytisch wird diese Startschicht verstärkt. Danach erfolgt die Beschichtung mit einem organischen Ätzresist. Mittels Laserbestrahlung und partieller Entfernung des Ätzresists wird ein negatives Leiterbild erzeugt. Die durch die Laserablation freigelegten Bereiche werden dann bis zur Oberfläche des Substrates geätzt.
  • In der DE 36 43 898 A1 ist ein Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Musters auf der Oberfläche eines Halbleiters beschrieben. Teile der Oberfläche werden Licht von einem Laser ausgesetzt. Die belichtete Oberfläche wird in eine Plattierlösung eines Metalles eingetaucht, wobei ein Metall auf die belichteten Teile des Halbleiters aufplattiert wird. Durch die Einwirkung von Laserlicht kann die Oberfläche des Halbleiters so verändert werden, dass zum Beispiel Silber gut an der Oberfläche anhaftet. Bei diesem Verfahren wird ein hochgenau geführter Laserlichtstrahl einer bestimmten Leistungsdichte und Wellenlänge eingesetzt.
  • In der DE 23 48 182 C3 ist ein Verfahren zur galvanischen Abscheidung einer Metallschicht auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers für Dioden mit einem pn-Übergang beschrieben. Dabei erzeugt eine durch Bestrahlung eines pn-Überganges auftretende Photospannung einen Photostrom, der in ein galvanisches Bad mit zur Metallabscheidung geeigneten Inhaltsstoffen abgeleitet wird.
  • In der DE 10 2007 005 161 B4 wird offenbart, dass die gewünschte Abscheidung der Metallschicht insbesondere auf glatten Siliziumoberflächen besonders haftfest ist, wenn die Siliziumoberfläche eine Rauheit (Texturierung) von mindestens 30 nm aufweist, was unter Anwendung üblicher Methoden wie z. B. durch Ätzen, Beizen, Bürsten, Schleifen, Bimsen, physikalisches Sputtern, reaktives Ionenätzen (RIE), elektrochemisches Porösifizieren oder durch Laserablation erfolgen kann. Zur strukturierten elektrolytischen Abscheidung eines Metalls als Frontkontakte auf einer Solarzelle aus Silizium wurde zunächst auf der betreffenden glatten Oberfläche durch einen Ofenprozess Siliziumnitrid als eine elektrisch isolierende Schicht vollflächig gebildet. Diese Schicht wurde mittels Laserablation strukturiert, d. h. angeraut. Die freigelegten Stellen, nämlich Linien mit einer Breite von 100 μm, wurden anschließend elektrolytisch metallisiert, wobei anstelle des Ofenprozesses auch ein Plasmaprozess angewendet werden kann. Die Solarzelle wurde zusammen mit dem Badkontakt, der den Galvanisierstrom von der Badstromquelle auf das Substrat leitet, in Kontakt mit dem Elektrolyten gebracht. Die zu metallisierende Sonnenseite, hier auch Frontseite genannt, wurde mit einer Lichtquelle beleuchtet, wodurch die Solarzelle für den Galvanisierstrom leitfähig wird. Aufgrund der geringen elektrischen Leitfähigkeit des kathodisch geschalteten Substrates und einer unerwünscht bevorzugten Abscheidung von Metall auf den Badkontakten wurden diese dann außerhalb der elektrolytischen Zelle angeordnet. Mit dieser Anordnung wurden die Frontkontakte der Solarzelle galvanisiert. Die Ergebnisse zeigten, dass eine haftfeste und trennscharfe Metallisierung auf selektiv angerauten Oberflächenbereichen auch dann erfolgreich war, wenn auf eine Isolierbeschichtung der umgebenden glatten Oberflächenbereiche verzichtet wurde.
  • Bei den Versuchen, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben, wurde jedoch festgestellt, dass die Lehren des Standes der Technik zur Schaffung optimaler Leiterstrukturen nicht ausreichend sind. Es wurde beispielsweise beobachtet, dass es zu so genannten parasitären Abscheidungen in Bereichen kommt, die jenseits der gewünschten Leiterstrukturen liegen und somit ein so genanntes 'Ghostplating' ergeben, was sowohl ästhetisch als auch funktionell nicht hingenommen werden kann. Ferner zeigte sich eine gewisse Ausbreitung der Metallisierung in die den Strukturen benachbarten Bereiche, wodurch es zu einer Abschattung der photovoltaisch relevanten Oberfläche kommt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher in der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Ausbildung diskreter Leiterstrukturen auf der Oberfläche eines Halbleitermaterials, mit dem die zuvor dargelegten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
  • Die Aufgabe wird durch Bereitstellung des Verfahrens gemäß Hauptanspruch gelöst, indem die Oberfläche eines gegebenen Substrates aus einem Halbleitermaterial vor oder nach der Abscheidung einer Startschicht mit einer hydrophoben Substanz beaufschlagt wird.
  • Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Abscheidung der Startschicht auf einer texturierten, d. h. porösen Oberfläche des Halbleitermaterials erfolgt, wobei es unbeachtlich ist, ob diese Beschaffenheit der Oberfläche vor dem Aufbringen der Isolierschicht, während der bereichsweisen Entfernung der Isolierschicht, oder nach Freilegung der zu metallisierenden Bereiche der Oberfläche des Halbleitermaterials erzeugt wird. Ferner ist zu berücksichtigen, dass die Texturierung sowohl die gesamte Substratoberfläche als auch lediglich die zu metallisierenden Bereiche der Gesamtoberfläche betreffen kann.
  • Die Vorzüge und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend am Beispiel einer Solarzelle aus Silizium dargestellt.
  • Der Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die nicht zu metallisierenden Bereiche durch Beaufschlagung mit einem hydrophoben Material selektiv blockiert werden. Das hydrophobe Material hat die Eigenschaft, besonders gut an Metall zu haften. Da sich die Startschicht nach entsprechendem Spülen aufgrund der benachbart auf dem Substrat vorhandenen Isolierschicht nur in den diskreten Bereichen der vorgesehenen Leiterstruktur befindet, kann auch nur in diesen Bereichen eine galvanische Abscheidung der mindestens einen weiteren Metallschicht erfolgen. Sollten sich auf der angrenzenden Isolierschicht vereinzelt Metallionen niedergeschlagen und sich dem Abspülen entzogen haben, besteht allerdings die Gefahr, dass auch an diesen Stellen eine Abscheidung des nachfolgend eingesetzten Metalls stattfindet.
  • Sofern die Substratoberfläche nicht bereits vor der Abscheidung der Startschicht gemäß nachfolgendem Ausführungsbeispiel mit hydrophobem Material beaufschlagt worden ist, wird vorgeschlagen, die Gesamtoberfläche des zumindest bereichsweise mit einer Isolierschicht ausgestatteten Substrates einschließlich der texturierten, die Startschicht aufweisenden Bereiche mit einem hydrophoben Material zu beaufschlagen, wobei das auszuwählende Material eine gute Haftung für metallische Oberflächen aufweisen sollte. Aufgrund der Täler und Spitzen aufweisenden Beschaffenheit der Oberfläche innerhalb der texturierten Bereiche führt eine erfindungsgemäße Beschichtung mit dem hydrophoben Material sowohl zu einer Blockierung der nicht-metallischen Oberfläche als auch zu einer Blockierung der Spitzen innerhalb der diskreten Bereiche, die zur Ausbildung der Leiterstrukturen vorgesehen sind.
  • Die für das erfindungsgemäße Verfahren vorgeschlagene Beschichtung ist in der Lage, an ausgewählte Bereiche der Oberfläche zu binden und diese Bereiche der Oberfläche derart zu modifizieren, dass eine galvanische Abscheidung von Metallen unterbunden wird bzw. nicht mehr stattfinden kann. Diese Schicht kann kovalent oder nicht-kovalent an das Substrat gebunden sein. Während zur Ausbildung von kovalent bindenden Schichten z. B. Thiole oder Silane (Alkoxy- oder Chlorsilane) eingesetzt werden können, bestehen nicht kovalent bindende Schichten aus organischen Polymeren. Für die vorliegende Erfindung geeignete Schichten sind vorzugsweise sehr dünn und absorbieren im Wesentlichen kein Sonnenlicht im für Solarzellen relevanten Spektralbereich.
  • Substrate für die Anbindung an die Oberfläche können Metalle und deren Oxide (eine Oxidschicht bildet sich bei den meisten Metallen bei Luftkontakt aus) sowie Halbmetalle wie z. B. Silizium und deren Oxide bzw. Nitride sein, wobei Siliziumnitrid durch Luftsauerstoff schnell oberflächlich zu Siliziumoxid umgewandelt wird.
  • In der Elektronik ist der Effekt einer Beschichtung von Nickeloberflächen mit Alkanthiolen bekannt. Dabei bindet die Thiolgruppe an das Nickel, und die Alkangruppe sorgt als Isolator und aufgrund ihrer hydrophoben Eigenschaft für die Abschirmung des gewünschten Bereiches. Durch die Bindung der Thiolgruppe an das Metall bildet die Verbindung im Idealfall eine sich selbst organisierende monomolekulare Schicht aus (”Self-Assembled Monolayer”). Andere, erfindungsgemäß geeignete Verbindungen umfassen reaktive Silane (Alkoxysilane und Halogensilane) sowie Silazane. Besonders bevorzugt weisen solche Verbindungen die allgemeine Formel (I) R-X auf, wobei X eine reaktive, mit der Oberfläche interagierende Gruppe und R eine chemische Gruppe bezeichnen, die der Schicht die gewünschte hydrophobe Eigenschaft verleiht (hydrophobe Gruppe). Im einfachsten Fall wird R aus der Gruppe bestehend aus Alkanen, Alkinen, Alkenen und davon abgeleiteten Gruppen ausgewählt. Erfindungsgemäß können bevorzugt jedoch auch andere hydrophobe Gruppen wie z. B. Aromaten oder Perfluoralkane ausgewählt werden. Werden hydrophobe Gruppen wie z. B. Aromaten oder andere zyklische Kohlenwasserstoffe als Substituenten verwendet, so können diese Gruppen über Linkermoleküle mit der funktionellen Gruppe X verbunden sein. Ein Beispiel für eine solche Linkergruppe ist eine Propylgruppe.
  • Vorzugsweise wird die hydrophobe Gruppe R der allgemeinen Formel (I) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus linearem oder verzweigtem C3-C30-Alkyl, C3-C30-Heteroalkyl, gegebenenfalls substituiertem C6-C30-Aryl, gegebenenfalls substituiertem C3-C30-Heteroalkyl, und C6-C30-Aralkyl.
  • Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform bezeichnet die reaktive Gruppe R ein lineares oder verzweigtes C4-C12-Alkyl, ganz bevorzugt ein lineares C4- oder C8-Alkyl. Erfindungsgemäß gegebenenfalls vorhandene Heteroatome sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus N, O, P, S, und Halogenen wie insbesondere F, Cl, Br und I. Als bevorzugte Substituenten werden Fluor- und Chloratome ausgewählt.
  • Nach einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform ist X ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anionischen Gruppen -(Z)n-PO3 2–, -(Z)n-PO2S2–, -(Z)n-POS2 2–, -(Z)n-PS3 2–, -(Z)n-PS2 –, -(Z)n-POS–, -(Z)n-PO2 –, -(Z)n-PO3 2–, -(Z)n-CO2 –, -(Z)n-CS2 –, -(Z)n-COS–, -(Z)n-C(S)NHOH, -(Z)n-S–, mit Z ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus O, S, NH, CH2 und n = 0, 1 oder 2.
  • Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist X ausgewählt aus der Gruppe reaktiver Silane bestehend aus Mono-, Di-, Trihalogensilanen, wobei die Halogenatome bevorzugt Chlor oder Brom sind, und Mono-, Di- und Trialkoxysilanen, wobei Methoxy- oder Ethoxysilane besonders bevorzugt sind.
  • Für Edelmetalle, beispielsweise Au, Pd, Rh etc., sind besonders bevorzugte oberflächenaktive Substanzen (X) Xanthate, Thiocarbamate oder Hydroxamate.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird X ausgewählt aus Organotitanaten mit der Formel Ti-(O-R)4 oder (R1O)n-Ti-(OR2)4-n, wobei n < 4 und R ein C1-C8 Alkyl, Alken, Alkan oder Derivat davon sind. Erfindungsgemäß geeignete Verbindungen können z. B. von Blue Tree Chemicals (Bridgeport, Connecticut, USA) bezogen werden.
  • Weiterhin bevorzugt ist X eine Disulfid- oder Thiolgruppe.
  • Ganz besonders bevorzugte Verbindungen der allgemeinen Formel (I) sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Natrium- oder Kalium-n-octylxanthat, Natrium- oder Kalium-butylxanthat, Natrium- oder Kalium-di-n-octyldithiophosphinat, Natrium- oder Kalium-di-n-octyldithiophosphat, Octanthiol, und Mischungen dieser Verbindungen, sowie Glycidoxypropyltrimethoxysilan.
  • Wie bereits zuvor erwähnt, können als hydrophobe Beschichtungssubstanz auch Polymere eingesetzt werden, wobei im Rahmen der Herstellung von lichtaktiven Substraten wie z. B. Solarzellen grundsätzlich alle transparenten Polymere geeignet sind, sofern diese eine hinreichend große Bindungsenergie zur Oberfläche aufweisen. Dies trifft insbesondere auf Polymere mit geladenen Gruppen wie z. B. sulfonsäurehaltige Polymere zu. Besonders geeignet sind Polymere, die an die Oberfläche mit speziellen Haftgruppen (X) binden. Solche Haftgruppen sind beispielsweise, aber nicht ausschließlich Alkoxysilangruppen, Halogensilangruppen, Thiolgruppen und Phosphonsäuregruppen. Um eine ausreichend gute Abschirmung zu gewährleisten, müssen solche Polymere hydrophob sein. Geeignete Gruppen zur Erzeugung der Hydrophobie sind z. B. Polyfluoralkan-Gruppen. Weitere hydrophobe Co-Gruppen (Co-Monomere) sind in der Technik hinreichend bekannt und können anhand der vorhergehenden Beschreibung leicht ausgewählt werden. Für die Herstellung von erfindungsgemäß geeigneten Polymeren werden bevorzugt Acrylate oder Methacrylate mit Seitengruppen für die X- und R-Funktionalitäten (s. o.) polymerisiert. In einer bevorzugten Ausführungsform sind neben den Co-Momomeren zur Bindung an das Substrat und zur Erzeugung der Hydrophobie auch noch Gruppen zur Vernetzung der Polymere vorhanden, wie z. B. Benzophenongruppen, die mittels UV-Licht vernetzt werden können.
  • Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Begriff ”hydrophob”, dass die mit einer hydrophoben Substanz oder Verbindung beaufschlagte Oberfläche einen Kontaktwinkel von > 90° mit Wasser gegen Luft aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert.
  • Beispiel
  • Im Folgenden wird eine multikristalline Solarzelle, deren Vorderseite ganzflächig mit Siliziumnitrid beaufschlagt ist, mit einer Schicht Glycidoxypropyltriethoxysilan (GOPS) beschichtet.
  • Zur Herstellung der Beschichtungslösung wurden 200 μl Glycidoxypropyltriethoxysilan (GOPS) und 50 μl Triethylamin in 10 ml Toluol gelöst (2 Vol.% GOPS und 0,5 Vol.% Triethylamin). Die Wafer wurden auf einem Spincoater mit 600 rpm rotiert. Nach Erreichen der Zielgeschwindigkeit wurden auf jeden Wafer 2 ml der Lösung pipettiert.
  • Innerhalb von 1 Minute konnte der Wafer beschichtet werden. Während dieser Zeitdauer war das Lösungsmittel vollständig verdampft.
  • Anschließend wurde der Wafer abgebremst und entnommen sowie einer weiteren Trocknung unterzogen. Alternative Trocknungen für entweder 2 Stunden bei 120–130°C oder für 12 Stunden bei 60–70°C lieferten gleichermaßen gute Ergebnisse.
  • Nach der Beaufschlagung wurde der Hafer einer weiteren Prozessierung zugeführt. Hierfür wurden zunächst diskrete Bereiche für die anschließende Metallisierung unter Anwendung eines Laseröffnungsprozesses bereitgestellt. Anschließend erfolgten sukzessive die galvanische Abscheidung von Nickel zur Kontaktierung des Siliziums in den diskreten Bereichen sowie die Abscheidung von Silber zur Erzeugung der leitfähigen Metallschichten. Zum Vergleich wurde eine weitere Solarzelle behandelt, welche vor der Metallabscheidung jedoch nicht mit GOPS beaufschlagt worden war.
  • Die obige Vorgehensweise ist exemplarisch in 1 dargestellt, wobei der erfindungsgemäß durch Beschichtung mit GOPS erzielte Effekt der Vermeidung parasitärer Abscheidungen (rechte Abbildung) dem Ergebnis einer herkömmlichen Behandlung ohne erfindungsgemäße Beschichtung (linke Abbildung) gegenübergestellt wurde. Während an dem erfindungsgemäß mittels GOPS-Beschichtung 'maskierten' Defekt in der Siliziumnitridschicht kein Metall abgeschieden wurde (rechte Abbildung), zeigt die herkömmlich behandelte Oberfläche (linke Abbildung) an dieser Defektstelle eine parasitäre Abscheidung von Metall ('Ghostplating').
  • In 2 sind die erzielten Ergebnisse fotografisch dargestellt. Es ist zu erkennen, dass ohne Beaufschlagung von GOPS (Abbildung a) in einigen Bereichen der Antireflexionsschicht eine parasitäre Abscheidung der Metallisierung (Ni/Ag) stattfindet. Demgegenüber führt eine Beaufschlagung der Substratoberfläche mit GOPS (Abbildung b) zur wirksamen Unterdrückung dieser parasitären Abscheidung.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Ausbildung einer metallischen Leiterstruktur auf der eine Schutzschicht aufweisenden Oberfläche eines Substrates aus einem Halbleitermaterial durch Bereitstellung diskreter, texturierter Bereiche des Halbleitermaterials mittels selektiver Entfernung der Schutzschicht, galvanischer Abscheidung einer metallischen Startschicht und nachfolgender galvanischer Abscheidung mindestens einer weiteren Metallschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Substrates vor oder nach der Abscheidung der Startschicht mit einer hydrophoben Substanz beaufschlagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die texturierten Bereiche eine Rauheit von mindestens 30 nm aufweisen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung der Substratoberfläche mit der hydrophoben Substanz lediglich in den nicht zu metallisierenden Bereichen erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung der Substratoberfläche mit der hydrophoben Substanz lediglich in den zu metallisierenden Bereichen erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophobe Substanz ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus (i) Verbindungen der allgemeinen Formel (I) R-X, wobei X eine mit der Substratoberfläche interagierende Gruppe darstellt, und R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkanen, Alkinen, Alkenen, und Derivaten davon; und (ii) Polymeren und Co-Polymeren mit Seitengruppen für die Funktionalitäten der Oberflächeninteraktion und Hydrophobizität.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus linearem oder verzweigtem C3-C30-Alkyl, C3-C30-Heteroalkyl, gegebenenfalls substituiertem C6-C30-Aryl, gegebenenfalls substituiertem C3-C30-Heteroalkyl, und C6-C30-Aralkyl.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heteroatome ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus N, O, P, S, und Halogenen, wobei die Halogene F, Cl, Br und I bevorzugt sind.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus (i) anionischen Gruppen -(Z)n-PO3 2–, -(Z)n-PO2S2–, -(Z)n-POS2 2–, -(Z)n-PS3 2–, -(Z)n-PS2 –, -(Z)n-POS–, -(Z)n-PO2 –, -(Z)n-PO3 2–, -(Z)n-CO2 –, -(Z)n-CS2 –, -(Z)n-COS–, -(Z)n-C(S)NHOH, -(Z)n-S–, mit Z ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus O, S, NH, CH2 und n = 0, 1 oder 2; (ii) reaktiven Mono-, Di-, Trihalogensilanen, wobei die Halogenatome bevorzugt Chlor oder Brom sind, und Mono-, Di- und Trialkoxysilanen, wobei Methoxy- oder Ethoxysilane bevorzugt sind; (iii) Organotitanaten mit der Formel Ti-(O-R)4 oder (R1O)n-Ti-(OR2)4-n, wobei n < 4 und R ein C1-C8 Alkyl, Alken, Alkan, oder Derivat davon sind; und (iv) Disulfid- und Thiolgruppen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der allgemeinen Formel (I) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Natrium- oder Kalium-n-octylxanthat, Natrium- oder Kalium-butylxanthat, Natrium- oder Kalium-di-n-octyldithiophosphinat, Natrium- oder Kalium-di-n-octyldithiophosphat, Octanthiol, und Mischungen dieser Verbindungen, sowie Glycidoxypropyltrimethoxysilan.
DE102011110171A 2011-08-16 2011-08-16 Verfahren zur Ausbildung einer metallischen Leiterstruktur Expired - Fee Related DE102011110171B3 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011110171A DE102011110171B3 (de) 2011-08-16 2011-08-16 Verfahren zur Ausbildung einer metallischen Leiterstruktur
TW101128969A TW201321560A (zh) 2011-08-16 2012-08-10 用於構成金屬導體結構的方法
CN2012102935230A CN102953099A (zh) 2011-08-16 2012-08-16 用于构成金属导体结构的方法
KR1020120089396A KR20130019361A (ko) 2011-08-16 2012-08-16 금속 도체 구조물의 형성 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011110171A DE102011110171B3 (de) 2011-08-16 2011-08-16 Verfahren zur Ausbildung einer metallischen Leiterstruktur

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102011110171B3 true DE102011110171B3 (de) 2012-11-29

Family

ID=47140641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011110171A Expired - Fee Related DE102011110171B3 (de) 2011-08-16 2011-08-16 Verfahren zur Ausbildung einer metallischen Leiterstruktur

Country Status (4)

Country Link
KR (1) KR20130019361A (de)
CN (1) CN102953099A (de)
DE (1) DE102011110171B3 (de)
TW (1) TW201321560A (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018083534A1 (en) * 2016-11-03 2018-05-11 Total Marketing Services Surface treatment of solar cells

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103726088B (zh) * 2013-12-25 2017-07-28 国电新能源技术研究院 一种改进的晶硅太阳能电池铜电镀方法
KR101507855B1 (ko) * 2014-04-10 2015-04-07 한국에너지기술연구원 소수성 처리를 이용한 태양 전지 제조 방법
EP3628758A1 (de) * 2018-09-27 2020-04-01 Apple Inc. Strukturierte oberfläche für titanteile

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2348182C3 (de) * 1973-09-25 1979-04-05 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Verfahren zur galvanischen Abscheidung einer Metallschicht auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers
DE3643898A1 (de) * 1986-04-02 1987-10-08 Westinghouse Electric Corp Verfahren zur bildung eines leitfaehigen musters auf einer halbleiteroberflaeche
EP0469635A1 (de) * 1988-09-29 1992-02-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten
DE102004026489B3 (de) * 2004-05-27 2005-09-29 Enthone Inc., West Haven Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffoberflächen
DE102004034435A1 (de) * 2004-07-16 2006-02-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Halbleiterbauelement mit einem auf mindestens einer Oberfläche angeordneten elektrischen Kontakt
DE112004000600T5 (de) * 2003-04-10 2006-02-16 Sunpower Corp., Sunnyvale Metallkontaktstruktur für eine Solarzelle und Herstellungsverfahren
DE102007005161B4 (de) * 2007-01-29 2009-04-09 Nb Technologies Gmbh Verfahren zur Metallisierung von Substraten

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6251528B1 (en) * 1998-01-09 2001-06-26 International Business Machines Corporation Method to plate C4 to copper stud
EP1182709A1 (de) * 2000-08-14 2002-02-27 IPU, Instituttet For Produktudvikling Verfahren zur Abscheidung von Metallkontakten auf einer Solarzelle mit vergrabenem Gitter und so hergestellte Solarzelle
KR20100095851A (ko) * 2009-02-23 2010-09-01 한국기계연구원 도전성 패턴 형성 방법 및 그 패턴

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2348182C3 (de) * 1973-09-25 1979-04-05 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Verfahren zur galvanischen Abscheidung einer Metallschicht auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers
DE3643898A1 (de) * 1986-04-02 1987-10-08 Westinghouse Electric Corp Verfahren zur bildung eines leitfaehigen musters auf einer halbleiteroberflaeche
EP0469635A1 (de) * 1988-09-29 1992-02-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten
DE112004000600T5 (de) * 2003-04-10 2006-02-16 Sunpower Corp., Sunnyvale Metallkontaktstruktur für eine Solarzelle und Herstellungsverfahren
DE102004026489B3 (de) * 2004-05-27 2005-09-29 Enthone Inc., West Haven Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffoberflächen
DE102004034435A1 (de) * 2004-07-16 2006-02-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Halbleiterbauelement mit einem auf mindestens einer Oberfläche angeordneten elektrischen Kontakt
DE102007005161B4 (de) * 2007-01-29 2009-04-09 Nb Technologies Gmbh Verfahren zur Metallisierung von Substraten

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018083534A1 (en) * 2016-11-03 2018-05-11 Total Marketing Services Surface treatment of solar cells
US11271129B2 (en) 2016-11-03 2022-03-08 Total Marketing Services Surface treatment of solar cells

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130019361A (ko) 2013-02-26
TW201321560A (zh) 2013-06-01
CN102953099A (zh) 2013-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1639152C3 (de) Sonnenzellenbattene und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102011110171B3 (de) Verfahren zur Ausbildung einer metallischen Leiterstruktur
WO2009006988A1 (de) Kontakt-struktur für euin halbleiter-bauelement sowie verfahren zur herstellung desselben
DE102007005161B4 (de) Verfahren zur Metallisierung von Substraten
DE102006014881A1 (de) Oxidhalbleiterelektrode, farbstoffsensibilisierte Solarzelle und Verfahren zu deren Herstellung
WO2007085448A1 (de) Verfahren zum herstellen einer metallischen kontaktstruktur einer solarzelle
EP2394305A2 (de) Siliziumsolarzelle
DE112013001641T5 (de) Solarzelle und Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle
DE102014222749B3 (de) Verfahren zur Herstellung einer Kontaktstruktur zwischen einem Kantenabschnitt eines 2D-Materials und einem Metall
DE112008002043T5 (de) Verfahren zur Bereitstellung eines Kontaktes auf der Rückseite einer Solarzelle sowie eine Solarzelle mit Kontakten, bereitgestellt gemäß dem Verfahren
EP0121869A1 (de) Verfahren zum Verhindern von Kurz- oder Nebenschlüssen in einer grossflächigen Dünnschicht-Solarzelle
DE2620998A1 (de) Verfahren zur herstellung von traegern fuer die verarbeitung von ic-chips
DE102016217789A1 (de) Verfahren zur Herstellung elektrischer Kontakte auf einem Bauteil
DE4311173A1 (de) Verfahren zur stromlosen Abscheidung eines Metalls über einer Halbleiteroberfläche
DE102009053416B4 (de) Verfahren zur Herstellung und Verschaltung von Solarzellenanordnungen und Solarzellenanordnung
EP2671258B1 (de) Mehrfachsolarzelle sowie verfahren zur herstellung einer solchen
DE102004034435B4 (de) Halbleiterbauelement mit einem auf mindestens einer Oberfläche angeordneten elektrischen Kontakt
DE102006030822A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer metallischen Kontaktstruktur einer Solarzelle
AT519193A1 (de) Optoelektronischer Infrarotsensor
EP1442486B1 (de) Solarzelle mit organischem material in der photovoltaischen schicht sowie verfahren zu deren herstellung
DE102013219342A1 (de) Verfahren zur Strukturierung von Schichten oxidierbarer Materialien mittels Oxidation sowie Substrat mit strukturierter Beschichtung
DE102016013761A1 (de) Verfahren zur herstellung eines strukturierten leiters
DE102007016081A1 (de) Strahlungsemittierende Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer strahlungsemittierenden Vorrichtung
DE102009035703B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Verbünden flexibler Dünnschichtsolarzellen
DE102012103018B4 (de) Zusammengesetzte Isolierschicht und Verfahren zu deren Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20130301

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20150303