DE102016115355A1

DE102016115355A1 - A method of adhering a metallic foil to a surface of a semiconductor substrate and a semiconductor device with a metallic foil

Info

Publication number: DE102016115355A1
Application number: DE102016115355.9A
Authority: DE
Inventors: Jan Nekarda; Martin Graf; Ralf Preu
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2018-02-22
Also published as: WO2018033474A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anheften einer metallischen Folie an einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats, folgende Verfahrensschritte umfassend: A Bereitstellen des Halbleitersubstrats; B Anordnen der metallischen Folie zumindest partiell an der Oberfläche des Halbleitersubstrats; C Verbinden der metallischen Folie mit dem Halbleitersubstrat an zumindest an einem ersten und einem zweiten Befestigungsbereich durch lokalen Energieeintrag. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Folie derart mit dem Halbleitersubstrat verbunden wird, dass im Betriebszustand die Folie zwischen den zwei Befestigungsbereichen eine Dehnungsreserve und/oder zumindest eine Dehnungsöffnung aufweist.The invention relates to a method for adhering a metallic foil to a surface of a semiconductor substrate, comprising the following method steps: A providing the semiconductor substrate; B arranging the metallic foil at least partially on the surface of the semiconductor substrate; C connecting the metallic foil to the semiconductor substrate at at least at a first and a second attachment region by local energy input. The invention is characterized in that the film is connected to the semiconductor substrate in such a way that, in the operating state, the film has an expansion reserve and / or at least one expansion opening between the two attachment regions.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anheften einer metallischen Folie an einer Oberfläche eines Halbleitersubstrates gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleitersubstrat und einer metallischen Folie gemäß Oberbegriff des Anspruchs 11. The invention relates to a method for adhering a metallic foil to a surface of a semiconductor substrate according to the preamble of claim 1 and to a semiconductor component having a semiconductor substrate and a metallic foil according to the preamble of claim 11.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist es häufig wünschenswert, an einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats zumindest teilflächig eine metallische Schicht anzuordnen, insbesondere zur elektrischen Kontaktierung und/oder zur Verbesserung der optischen und/oder thermischen Eigenschaften. In the production of semiconductor components, it is often desirable to arrange at least part of a surface of a semiconductor substrate, a metallic layer, in particular for electrical contacting and / or to improve the optical and / or thermal properties.

Insbesondere bei photovoltaischen Solarzellen wird häufig an der bei Benutzung der einfallenden Strahlung abgewandten Seite eines Halbleitersubstrats eine metallische Schicht zur elektrischen Kontaktierung und Verbesserung der optischen Eigenschaften angeordnet. Dies trifft ebenso auf elektronische Halbleiterbauelemente und/oder lichtemittierende Halbleiterbauelemente wie beispielsweise LED oder OLED zu. Particularly in the case of photovoltaic solar cells, a metallic layer for making electrical contact and improving the optical properties is frequently arranged on the side of a semiconductor substrate which is remote from the incident radiation when used. This also applies to electronic semiconductor components and / or light-emitting semiconductor components such as LED or OLED.

Aus DE 10 2006 044 936 A1 ist bekannt, dass eine zumindest partielle Metallisierung mindestens einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats eines Halbleiterbauelements durch Anordnen einer Aluminiumfolie an einer Oberfläche des Halbleiterbauelements und partielles Verbinden des Aluminiums mit der Oberfläche des Halbleitersubstrats durch Energieeinwirkung erfolgen kann.Out DE 10 2006 044 936 A1 It is known that at least a partial metallization of at least one surface of a semiconductor substrate of a semiconductor device can be performed by arranging an aluminum foil on a surface of the semiconductor device and partially bonding the aluminum to the surface of the semiconductor substrate by applying energy.

Die Verwendung einer metallischen Folie ermöglicht ein schnelles und kostengünstiges Verfahren zum Anordnen einer metallischen Schicht an einem Halbleitersubstrat.The use of a metallic foil enables a quick and inexpensive method of placing a metallic layer on a semiconductor substrate.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorbekannte Verfahren zu verbessern, insbesondere, um die Haltbarkeit des Halbleiterbauelements zu verbessern. The present invention has for its object to improve the previously known method, in particular to improve the durability of the semiconductor device.

Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Anheften einer metallischen Folie an einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats gemäß Anspruch 1 sowie ein Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 11. Vorzugsweise Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 10 und des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in den Ansprüchen 12 bis 15. Hiermit werden sämtliche Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen. This object is achieved by a method for adhering a metallic foil to a surface of a semiconductor substrate according to claim 1 and a semiconductor device according to claim 11. Preferably embodiments of the method according to the invention can be found in claims 2 to 10 and the semiconductor device according to the invention in claims 12 to 15 All claims are hereby explicitly included in the description by reference.

Das Halbleitersubstrat kann hierbei einen Halbleiterwafer, insbesondere einen Siliziumwafer umfassen. Ebenso kann das Halbleitersubstrat mehrere Schichten umfassen und insbesondere als ein mit einer oder mehreren Schichten beschichteter Halbleiterwafer sein. Der Begriff „Oberfläche des Halbleitersubstrats“ bezeichnet diejenige Oberfläche, an welcher die metallische Folie angeordnet wird. Das Anordnen der metallischen Folie kann somit beispielsweise unmittelbar an der Oberfläche eines Halbleiterwafers, einer Halbleiterschicht oder einer oder mehrerer den Halbleiterwafer oder die Halbleiterschicht bedeckenden Schicht erfolgen.The semiconductor substrate may in this case comprise a semiconductor wafer, in particular a silicon wafer. Likewise, the semiconductor substrate may comprise a plurality of layers and, in particular, be a semiconductor wafer coated with one or more layers. The term "surface of the semiconductor substrate" refers to the surface on which the metallic foil is arranged. The arranging of the metallic foil can thus take place, for example, directly on the surface of a semiconductor wafer, a semiconductor layer or one or more layers covering the semiconductor wafer or the semiconductor layer.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise zur Ausbildung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements und/oder einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon ausgebildet. Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement ist vorzugsweise mittels Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon ausgebildet.The method according to the invention is preferably designed to form a semiconductor component according to the invention and / or a preferred embodiment thereof. The semiconductor component according to the invention is preferably formed by carrying out a method according to the invention and / or a preferred embodiment thereof.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anheften einer metallischen Folie an einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats umfasst folgende Verfahrensschritte:
In einem Verfahrensschritt A erfolgt ein Bereitstellen des Halbleitersubstrats. In einem Verfahrensschritt B erfolgt ein Anordnen der metallischen Folie zumindest partiell an der Oberfläche des Halbleitersubstrats und in einem Verfahrensschritt C erfolgt ein Verbinden der metallischen Folie mit dem Halbleitersubstrat an zumindest einem ersten und einem zweiten Befestigungsbereich durch lokalen Energieeintrag. The method according to the invention for adhering a metallic foil to a surface of a semiconductor substrate comprises the following method steps:
In a method step A, the semiconductor substrate is provided. In a method step B, the metallic film is arranged at least partially on the surface of the semiconductor substrate, and in a method step C, the metallic film is connected to the semiconductor substrate at at least a first and a second attachment region by local energy input.

Die Erfindung ist in der Erkenntnis des Anmelders begründet, dass bei vorbekannten Verfahren die derart hergestellten Halbleiterbauelemente häufig keine zufriedenstellenden Lebensdauern aufweisen. Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass hierfür häufig ein zumindest teilweises Lösen der Verbindung zwischen metallischer Folie und Halbleitersubstrat die Ursache ist. Dies konnte insbesondere in so genannten „damp heat“-Tests nachgewiesen werden. The invention is based on the Applicant's finding that, in previously known methods, the semiconductor components produced in this way often do not have satisfactory lifetimes. Investigations by the Applicant have shown that for this often an at least partial release of the connection between the metallic foil and the semiconductor substrate is the cause. This could be proven especially in so-called "damp heat" tests.

Eine genauere Untersuchung zeigte, dass insbesondere das testweise Durchlaufen von so genannten „Temperatur-Zyklen“, welche eine thermische Belastung des Halbleiterbauelements bei Benutzung simulieren, solche Ausfälle oder zumindest erheblichen Verschlechterungen der elektrischen Eigenschaften der Halbleiterbauelemente provozieren konnte. Eine Ursache scheint insbesondere darin zu liegen, dass bei Temperaturschwankungen die Verbindung zwischen metallischer Folie und Halbleitersubstrat beeinträchtigt wird, so dass beispielsweise der elektrische Widerstand zwischen metallischer Folie und Halbleitersubstrat ansteigt und sich hierdurch die Eigenschaften des Halbleiterbauelements verschlechtern, beispielsweise der Wirkungsgrad einer photovoltaischen Solarzelle sinkt. A closer examination showed that in particular the test-by-run of so-called "temperature cycles", which simulate a thermal load of the semiconductor device in use, could provoke such failures or at least significant deterioration of the electrical properties of the semiconductor devices. A cause seems to lie in particular in the fact that, in the case of temperature fluctuations, the connection between metallic foil and semiconductor substrate is impaired, so that, for example, the electrical resistance between metallic foil and semiconductor substrate increases and thereby the properties of the semiconductor component deteriorate, for example, the efficiency of a photovoltaic solar cell decreases.

Wesentlich ist daher, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Folie derart mit dem Halbleitersubstrat verbunden wird, dass in Betriebszustand die Folie zwischen den zwei Befestigungsbereichen eine Dehnungsreserve und/oder zumindest eine Dehnungsöffnung aufweist.It is therefore essential that, in the method according to the invention, the film is connected to the semiconductor substrate in such a way that, in the operating state, the film has an expansion reserve and / or at least one expansion opening between the two attachment regions.

Der Begriff „Betriebszustand“ bezeichnet hierbei und im Folgenden einen Zustand des Halbleiterbauelements, welches das Halbleitersubstrat und die metallische Folie aufweist, mit typischen Betriebsparametern, insbesondere einer typischen (durchschnittlichen) Betriebstemperatur des Halbleitersubstrats und der metallischen Folie. The term "operating state" here and below denotes a state of the semiconductor component which has the semiconductor substrate and the metallic foil with typical operating parameters, in particular a typical (average) operating temperature of the semiconductor substrate and the metallic foil.

Die Dehnungsreserve und/oder Dehnungsöffnung der metallischen Folie zwischen den zwei Befestigungsbereichen weist den Vorteil auf, dass bei einem Abweichen von den typischen, durchschnittlichen Parametern des Betriebszustands, insbesondere einer Abkühlung des Halbleitersubstrats und/oder der Metallfolie keine oder zumindest verringerte mechanische Belastungen an den Befestigungsbereichen auftreten: Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnkoeffizienten von Halbleitersubstrat einerseits und metallischer Folie andererseits eine Temperaturänderung, insbesondere eine Temperatursenkung zu erheblichen Spannungen an den Befestigungsbereichen führen kann, welche wiederum ein teilweises oder vollständiges Ablösen der Metallfolie und dementsprechend ein Ansteigen des elektrischen Widerstands zwischen Metallfolie und Halbleitersubstrat bewirken kann. The expansion reserve and / or expansion opening of the metallic foil between the two attachment regions has the advantage that, if the typical, average parameters of the operating state deviate, in particular cooling of the semiconductor substrate and / or the metal foil, no or at least reduced mechanical loads on the attachment regions occur: Investigations of the Applicant have shown that due to the different coefficients of thermal expansion of semiconductor substrate on the one hand and metallic foil on the other hand, a temperature change, in particular a decrease in temperature can lead to significant stresses on the mounting areas, which in turn a partial or complete detachment of the metal foil and, accordingly, an increase of the electrical Resistance between metal foil and semiconductor substrate can cause.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann somit in einfacher Weise die Lebensdauer des Halbleiterbauelements und/oder eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Halbleiterbauelements bei Temperaturschwankungen vermieden werden. The inventive method can thus be avoided in a simple manner, the life of the semiconductor device and / or deterioration of the electrical properties of the semiconductor device with temperature fluctuations.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist weiterhin durch ein Halbleiterbauelement gelöst. Das Halbleiterbauelement weist ein Halbleitersubstrat und eine metallische Folie auf. Die metallische Folie ist zumindest an einem ersten und einem zweiten Befestigungsbereich lokal mit dem Halbleitersubstrat verbunden. Wesentlich ist, dass die metallische Folie zwischen den beiden Befestigungsbereichen im Betriebszustand des Halbleiterbauelements eine Dehnungsreserve und/oder zumindest eine Dehnungsöffnung aufweist. The object underlying the invention is further achieved by a semiconductor device. The semiconductor device has a semiconductor substrate and a metallic foil. The metallic foil is locally connected to the semiconductor substrate at least at a first and a second attachment region. It is essential that the metallic foil has an expansion reserve and / or at least one expansion opening between the two attachment areas in the operating state of the semiconductor component.

Hierdurch ergeben sich die zuvor beschriebenen Vorteile. This results in the advantages described above.

Eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung ergibt sich, indem wie zuvor beschrieben eine Dehnungsreserve zwischen den beiden Befestigungsbereichen vorgesehen ist. Die Dehnungsreserve ist bevorzugt derart ausgebildet, dass die Länge der metallischen Folie zwischen den beiden Befestigungsbereichen größer ist als die direkte Verbindung zwischen den beiden Befestigungsbereichen auf der der metallischen Folie zugewandten Oberfläche des Halbleiterbauelementes. In dieser vorzugsweisen Ausführungsform weist die metallische Folie zwischen den beiden Befestigungsbereichen somit eine Längenreserve auf, so dass bei stärkerem Zusammenziehen der metallischen Folie gegenüber dem Zusammenziehen des Halbleitersubtrates, insbesondere infolge von Abkühlung, keine mechanische Spannung zwischen den beiden Befestigungsbereichen auftritt, da aufgrund der vorbeschriebenen Längenreserve eine größere Kontraktion der metallischen Folie gegenüber dem Halbleiterbauelement kompensiert wird. Bei Temperaturen oberhalb der minimalen Betriebstemperatur ist die metallische Folie daher bevorzugt zwischen den beiden Befestigungsbereichen mindestens einfach, vorzugsweise mehrfach gewölbt, so dass eine Längenreserve ausgebildet ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass bei Raumtemperatur ein Volumen, welches zwischen Metallfolie und Halbleitersubstrat besteht und durch die Befestigungsbereiche begrenzt wird, erweiterbar ist, ohne dass eine mechanische Spannung zwischen den Befestigungsbereichen auftritt. A particularly simple structural design is obtained by providing a strain reserve between the two attachment areas as described above. The expansion reserve is preferably formed such that the length of the metallic foil between the two attachment regions is greater than the direct connection between the two attachment regions on the surface of the semiconductor component facing the metallic foil. In this preferred embodiment, the metallic foil thus has a length reserve between the two attachment areas, so that when the metallic foil contracts more than the contraction of the semiconductor substrate, in particular as a result of cooling, no mechanical tension occurs between the two attachment areas, because of the length reserve described above a larger contraction of the metallic foil relative to the semiconductor component is compensated. At temperatures above the minimum operating temperature, the metallic foil is therefore preferably at least once between the two attachment areas, preferably curved several times, so that a length reserve is formed. In particular, it is advantageous that, at room temperature, a volume which exists between the metal foil and the semiconductor substrate and is delimited by the attachment regions can be expanded without a mechanical stress occurring between the attachment regions.

Dies ist in besonders einfacher Weise durch eine vorangehend beschriebene Wellung oder schlangenlinienartige Anordnung der Metallfolie zwischen den Befestigungsbereichen bei Raumtemperatur realisierbar. This can be realized in a particularly simple manner by a corrugation or serpentine arrangement of the metal foil between the fastening areas described above at room temperature.

Die metallische Folie ist somit insbesondere bevorzugt derart zwischen den beiden Befestigungsbereichen angeordnet, dass bei Raumtemperatur ein Volumen kleiner dem maximal möglichen eingeschlossenen Volumen zwischen metallischer Folie und Halbleiterbauelement mit Begrenzung durch die Befestigungsbereiche ausgebildet ist, so dass eine Volumenvergrößerung dieses eingeschlossenen Volumens möglich ist, ohne dass mechanische Spannungen auftreten. Vorzugsweise ist die metallische Folie daher derart angeordnet, dass bei Raumtemperatur weniger als 70%, bevorzugt weniger als 50% des maximalen Volumens zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat (und begrenzt durch die Befestigungsbereiche) ausgebildet ist. The metallic foil is thus preferably arranged between the two attachment regions in such a way that at room temperature a volume smaller than the maximum possible enclosed volume between metallic foil and semiconductor component is formed with limitation by the attachment regions, so that an increase in volume of this enclosed volume is possible without mechanical stresses occur. The metallic foil is therefore preferably arranged such that at room temperature less than 70%, preferably less than 50%, of the maximum volume between metallic foil 2 and semiconductor substrate (and bounded by the attachment areas).

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform weist das vorbeschriebene Volumen zwischen metallischem Folienhalbleitersubstrat, welches durch die beiden Befestigungsbereiche begrenzt ist, eine fluidleitende Verbindung zur Umgebung auf, so dass ein Druckausgleich zwischen Umgebung und dem vorbeschriebenen Volumen möglich ist. Hierdurch wird in einfacher Weise erzielt, dass eine etwaige Ausdehnung eines Gases, insbesondere von Luft, zwischen Metallfolie und Halbleitersubstrat bei Erwärmung nicht zu einer mechanischen Spannung an den Befestigungsbereichen führt, da eventuell sich ausdehnendes Gas über den Druckausgleich in die Umgebung entweichen kann. In a further preferred embodiment, the above-described volume between metallic film semiconductor substrate, which is bounded by the two attachment areas, a fluid-conducting connection to the environment, so that a pressure equalization between Environment and the volume described above is possible. As a result, it is achieved in a simple manner that any expansion of a gas, in particular of air, between the metal foil and the semiconductor substrate does not lead to a mechanical stress on the fastening areas when heated, since possibly expanding gas can escape into the environment via the pressure compensation.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform wird in Verfahrensschritt B das Halbleitersubstrat gebogen und die metallische Folie an eine konvexe Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet. In a preferred embodiment, the semiconductor substrate is bent in method step B and the metallic foil is arranged on a convex surface of the semiconductor substrate.

Verfahrensschritt C wird hierbei im gebogenen Zustand des Halbleitersubstrats durchgeführt und nach dem Verbinden der metallischen Folie an dem ersten und zweiten Befestigungsbereich wird das Halbleitersubstrat wieder in den ursprünglichen, nicht gebogenen, Zustand zurückgeführt. Hierdurch wird in einfacher und kostengünstiger Weise eine Dehnungsreserve ausgebildet. In this case, method step C is carried out in the bent state of the semiconductor substrate, and after the joining of the metallic foil to the first and second attachment regions, the semiconductor substrate is returned to the original, non-bent, state. As a result, a strain reserve is formed in a simple and cost-effective manner.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird die Dehnungsreserve erwirkt, indem die Folie mittels Wärmeeinwirkung lokal gestreckt wird. Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass eine metallische Folie durch lokale Wärmeeinwirkung dauerhaft gedehnt werden kann. Vorzugsweise wird daher zunächst Verfahrensschritt C ausgeführt und nach dem Befestigen der metallischen Folie an den ersten und den zweiten Befestigungsbereich die Folie zwischen den beiden Befestigungsbereichen mittels Wärmeeinwirkung lokal gestreckt, so dass eine Dehnungsreserve ausgebildet wird.In a further preferred embodiment, the expansion reserve is obtained by the film is locally stretched by the action of heat. Investigations by the applicant have shown that a metallic foil can be permanently stretched by local heat. Therefore, method step C is preferably carried out first, and after attaching the metallic foil to the first and the second attachment region, the foil is locally stretched by the action of heat between the two attachment regions, so that an expansion reserve is formed.

Der Energieeintrag in Verfahrensschritt C wird vorzugsweise mittels Beaufschlagen mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere mittels Beleuchtung und/oder mittels eines Lasers durchgeführt. The energy input in method step C is preferably carried out by applying electromagnetic radiation, in particular by means of illumination and / or by means of a laser.

Insbesondere ist es vorteilhaft, ein Verschmelzen an dem ersten und dem zweiten Befestigungsbereich zwischen metallischer Folie und Halbleitersubstrat mittels eines Lasers in Verfahrensschritt C durchzuführen. In particular, it is advantageous to perform a fusion at the first and the second attachment region between the metallic foil and the semiconductor substrate by means of a laser in method step C.

Vorzugsweise wird der Laser weiterhin wie zuvor beschrieben zur lokalen Streckung bzw. Dehnung der metallischen Folie eingesetzt, so dass in kostengünstiger Weise der Laser zwei Funktionen übernimmt, einerseits das Befestigen der metallischen Folie an dem ersten und zweiten Befestigungsbereich und andererseits das Ausbilden der Dehnungsreserve zwischen den Befestigungsbereichen durch lokales Strecken/Dehnen der metallischen Folie. Bei typischen Vorrichtungen kann in einfacher Weise jeweils ein Satz von Laserparametern für unterschiedliche Bearbeitungsschritte und örtliche Bearbeitungspunkte vorgegeben werden, so dass beispielsweise ohne erhöhten apparativen Aufwand der Laser mit einer geringeren Leistung und/oder beim gepulsten Laser mit einer entsprechend geänderten Pulsrate und/oder Dauer zur Dehnung/Streckung der metallischen Folie eingesetzt werden kann. Preferably, the laser is further used for local stretching of the metallic foil as described above, so that the laser takes on two functions in a cost effective manner, on the one hand fixing the metallic foil to the first and second attachment area and on the other hand forming the expansion reserve between them Fastening areas by local stretching / stretching of the metallic foil. In typical devices, a set of laser parameters for different processing steps and local processing points can be specified in a simple manner, so that, for example, without increased equipment complexity, the laser with a lower power and / or the pulsed laser with a correspondingly changed pulse rate and / or duration Elongation / stretching of the metallic foil can be used.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird in Verfahrensschritt C während des Wärmeeintrags an dem ersten Befestigungsbereich durch die Wärmeeinwirkung die Folie lokal gedehnt. In a further preferred embodiment, the film is locally stretched in step C during the heat input to the first attachment area by the heat.

Untersuchungen des Anmelders haben gezeigt, dass ein hoher lokaler Wärmeeintrag an einem ersten Befestigungsbereich gleichzeitig die Folie in den umliegenden Bereichen zu dem Befestigungsbereich dehnen/strecken kann. Applicant's research has shown that high local heat input at a first mounting area can simultaneously stretch / stretch the film in the surrounding areas to the mounting area.

Dies ist darin begründet, dass aufgrund der eingestrahlten Fluenz und aufgrund der Wärmeleitung der metallischen Folie auch ein Bereich außerhalb der direkt bestrahlten Fläche der metallischen Folie erwärmt wird. This is due to the fact that due to the radiated fluence and due to the heat conduction of the metallic foil, an area outside the directly irradiated area of the metallic foil is also heated.

Alternativ und/oder zusätzlich kann in einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform nach Verfahrensschritt C in einem Verfahrensschritt D durch lokalen Wärmeeintrag die Folie lokal zwischen den beiden Befestigungsbereichen gedehnt und/oder gestreckt werden.Alternatively and / or additionally, in a further preferred embodiment of method step C in a method step D by local heat input, the film can be stretched and / or stretched locally between the two attachment areas.

Es liegt somit im Rahmen der Erfindung, eine Dehnungsreserve auszubilden, indem zwischen den Befestigungsbereichen mittels Wärmeeinwirkung die Folie gedehnt wird, insbesondere, indem nach Ausbilden der Befestigungsbereiche in einem separaten Verfahrensschritt zwischen den Befestigungsbereichen mittels Wärmeeinwirkung die Folie gedehnt wird.It is therefore within the scope of the invention to form a strain reserve by the film is stretched between the attachment areas by means of heat, in particular by the film is stretched by forming the attachment areas in a separate process step between the attachment areas by means of heat.

Ebenso kann nach Ausbilden der Befestigungsbereiche in einem separaten Verfahrensschritt zwischen den Befestigungsbereichen mittels Wärmeeinwirkung die Folie gedehnt werden, indem die Wärmeeinwirkung im Bereich der Befestigungsbereiche erfolgt, insbesondere mittels eines Lasers, so dass sich seitlich neben den Befestigunsgbereichen die Folie ausdehnt.Likewise, after forming the attachment regions in a separate process step between the attachment regions by means of heat, the film can be stretched by the action of heat takes place in the region of the attachment regions, in particular by means of a laser so that the film expands laterally next to the Befestigungsigunsgbereichen.

Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Befestigungsbereiche mittels Wärmeeinwirkung, insbesondere Laserstrahlung, ausgebildet werden und während des Ausbildens der Befestigungsbereiche durch die Wärmeeinwirkung in der Folie an und seitlich neben den Befestigungsbereichen eine Dehnungsreserve ausgebildet wird. Likewise, it is within the scope of the invention that the attachment regions are formed by the action of heat, in particular laser radiation, and an expansion reserve is formed during the formation of the attachment regions by the action of heat in the film at the side and beside the attachment regions.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwischen den beiden Befestigungsbereichen mindestens eine Dehnungsöffnung erzeugt. Hierdurch wird ein einfacher Weise durch Trennen und/oder partielles Entfernen der metallischen Folie eine Dehnungsöffnung erzielt. In a further preferred embodiment of the method according to the invention is generates at least one expansion opening between the two attachment areas. As a result, an expansion opening is achieved in a simple manner by separating and / or partially removing the metallic foil.

Insbesondere ist es vorteilhaft, mittels Wärmeeinwirkung die metallische Folie partiell zur Ausbildung einer Dehnungsöffnung zu entfernen, insbesondere zu ablatieren und/oder zu verdampfen.In particular, it is advantageous to remove by means of heat, the metallic film partially to form an expansion opening, in particular to ablate and / or to evaporate.

Hierbei kann eine Mehrzahl von Dehnungsöffnungen erzeugt werden. Es liegt dabei ihm Rahmen der Erfindung, die Dehnungsöffnungen nach Anordnen der metallischen Folie gemäß Verfahrensschritt B und insbesondere bevorzugt nach Verbinden der metallischen Folie gemäß Verfahrensschritt C zu perforieren. In this case, a plurality of expansion openings can be generated. It is within the scope of the invention to perforate the expansion openings after arranging the metallic foil according to method step B and in particular preferably after joining the metallic foil according to method step C.

Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, eine Folie mit vorgefertigten Dehnungsöffnungen zu verwenden, welche somit bereits vor Verfahrenschritt B die Dehnungsöffnungen aufweist. Insbesondere ist es vorteilhaft, eine perforierte Folie zu verwenden. It is likewise within the scope of the invention to use a film with prefabricated expansion openings, which thus already has the expansion openings prior to method step B. In particular, it is advantageous to use a perforated film.

Alternativ und/oder zusätzlich kann mindestens ein Dehnungspalt in der Folie erzeugt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, sofern der erste und/oder der zweite Befestigungsbereich eine längliche Ausbildung aufqweist, wobei hierbei bevorzugt der Dehnungsspalt in etwa parallel zu der länglichen Erstreckung von erstem und/oder zweitem Befestigungsbereich ausgebildet ist.Alternatively and / or additionally, at least one expansion gap can be produced in the film. This is particularly advantageous if the first and / or the second attachment region has an elongated design, wherein in this case the expansion gap is preferably formed approximately parallel to the elongate extent of the first and / or second attachment region.

Insbesondere photovoltaische Solarzellen und LED weisen typischerweise linienartige Kontaktierungsstrukturen auf, so genannte Metallisierungsfinger und/oder Busbars. Diese können bei dem bevorzugten Verfahren als Befestigungsbereiche ausgebildet sein. Hierbei ist es vorteilhaft, zwischen den linienartig ausgebildeten Befestigungsbereichen (beispielsweise den „Kontaktierungsfingern“) eine Mehrzahl von Dehnungsöffnungen und/oder mindestens einen Dehnungspalt, welcher bevorzugt in etwa parallel zur Längserstreckung der Befestigungsbereiche angeordnet ist, auszubilden. In particular, photovoltaic solar cells and LEDs typically have line-like contacting structures, so-called metallization fingers and / or busbars. These may be formed in the preferred method as attachment areas. In this case, it is advantageous to form a plurality of expansion openings and / or at least one expansion gap, which is preferably arranged approximately parallel to the longitudinal extension of the attachment regions, between the attachment areas (for example the "contacting fingers") formed in the manner of a line.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist die Dehnungsreserve als Wabenstruktur ausgebildet. Hierbei sind Dehnungsspalte entlang der Kantenlinie der Wabenstruktur vorgesehen, wobei bevorzugt die Dehnungsspalte nur Teilbereiche der Kantenlinien abdecken, so dass keine Abtrennung eines Wabensegments erfolgt.In a further preferred embodiment, the expansion reserve is formed as a honeycomb structure. In this case, expansion gaps are provided along the edge line of the honeycomb structure, with the expansion gaps preferably covering only partial areas of the edge lines, so that no separation of a honeycomb segment takes place.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird in Verfahrensschritt C zumindest die metallische Folie auf eine gegenüber der Temperatur in Betriebszustand niedrigeren Temperatur abgekühlt. In a further preferred embodiment, in method step C, at least the metallic foil is cooled to a temperature lower than the temperature in the operating state.

Nach Durchführen von Verfahrensschritt C mit Befestigen der metallischen Folie an zumindest dem ersten und dem zweiten Befestigungsbereich wird die metallische Folie wieder auf die übliche, durchschnittliche Temperatur in Betriebszustand gebracht, beispielsweise Raumtemperatur. Durch die Temperaturerhöhung erfolgt ein Ausdehnen der metallischen Folie, so dass sich eine Dehnungsreserve ausbildet. Diese vorzugsweise Ausführungsform stellt somit eine besonders einfache und kostengünstige realisierbare Ausführungsform dar, welche lediglich eine Kühlung der metallischen Folie vor Durchführen des Verfahrensschritts C erfordert. Vorzugsweise wird die Folie auf eine Temperatur kleiner 0ºC, bevorzugt kleiner –10ºC, weiter bevorzugt kleiner –20ºC gekühlt, ideal bis zur minimalen Betriebstemperatur, typischerweise eine Temperatur von –45°C.After carrying out process step C with fastening of the metallic foil to at least the first and the second attachment region, the metallic foil is restored to the usual, average temperature, for example room temperature. Due to the increase in temperature, the metallic film expands, so that an expansion reserve is formed. This preferred embodiment thus represents a particularly simple and inexpensive realizable embodiment, which only requires cooling of the metallic foil before carrying out process step C. Preferably, the film is cooled to a temperature less than 0 ° C, preferably less than -10 ° C, more preferably less than -20 ° C, ideally to the minimum operating temperature, typically a temperature of -45 ° C.

Entsprechend der vorbeschriebenen vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Halbleiterbauelement vorzugsweise eine Folie auf, bei welcher eine Dehnungsreserve als Dehnungsfalte ausgebildet ist. According to the above-described preferred embodiment of the method according to the invention, the semiconductor device preferably has a film in which a strain reserve is formed as a tensile fold.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist die Folie eine Mehrzahl von Dehnungsöffnungen auf, insbesondere ist die Folie bevorzugt perforiert. In a further preferred embodiment of the semiconductor component, the film has a plurality of expansion openings, in particular the film is preferably perforated.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform des Halbleiterbauelements ist zwischen den beiden Befestigungsbereichen mindestens ein Dehnungspalt ausgebildet. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Folie mittels an einer Mehrzahl von Befestigungsbereichen mit dem Halbleitersubstrat verbunden ist und mehrere Dehnungspalten in der Folie ausgebildet sind. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, dass die Dehnungspalten in etwa parallel zueinander ausgebildet sind. In a further preferred embodiment of the semiconductor component, at least one expansion gap is formed between the two attachment regions. In particular, it is advantageous that the film is connected to the semiconductor substrate by means of a plurality of attachment regions and a plurality of expansion gaps are formed in the film. It is particularly advantageous that the expansion gaps are formed approximately parallel to each other.

Vorzugsweise weist im Betriebszustand die Folie zwischen den zwei Befestigungsbereichen eine Dehnungsreserve (3) im Bereich 10 µm bis 200 µm, insbesondere im Bereich 50 µm bis 150 µm auf, hierdurch ist in typischen Anwendungsfällen eine ausreichende Dehnungsreserve gegeben. Ein Halbleiterbauelement kann lediglich eine Dehnungsreserve aufweisen, vorzugsweise ist jedoch eine Mehrzahl an Dehnungsreserven ausgebildet, insbesondere im Bereich 2 bis 400 Dehnungsbereiche, vorzugsweise im Bereich 100 bis 300 Dehnungsbereiche.In the operating state, the film preferably has a stretch reserve between the two attachment areas ( 3 ) in the range of 10 .mu.m to 200 .mu.m, in particular in the range of 50 .mu.m to 150 .mu.m, this gives a sufficient expansion reserve in typical applications. A semiconductor component may have only one expansion reserve, but preferably a plurality of expansion reserves are formed, in particular in the range from 2 to 400 strain ranges, preferably in the range from 100 to 300 strain ranges.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmale werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren beschrieben. Dabei zeigt: Further advantageous embodiments and features will be described below with reference to embodiments and the figures. Showing:

1 ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleitersubstrat 1 und einer metallischen Folie 2 gemäß Stand der Technik; 1 a semiconductor device with a semiconductor substrate 1 and a metallic foil 2 according to the prior art;

2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, bei welchem die Folie Dehnungsreserven 3 aufweist; 2 a first embodiment of a semiconductor device according to the invention, in which the film expansion reserves 3 having;

3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, bei welchem die Folie 2 Dehnungsöffnungen 4 aufweist; 3 A second embodiment of a semiconductor device according to the invention, in which the film 2 expansion openings 4 having;

4 ein Verfahrensschritt in einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem das Halbleitersubstrat 1 gebogen ist; 4 a method step in a first embodiment of a method according to the invention, in which the semiconductor substrate 1 is bent;

5 ein Verfahrensschritt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem die Folie 2 mittels Kälteeinwirkung kontrahiert ist; 5 a method step of a second embodiment of a method according to the invention, in which the film 2 is contracted by cold action;

6 eine Draufsicht auf die metallische Folie 2 eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements; 6 a plan view of the metallic foil 2 a third embodiment of a semiconductor device according to the invention;

7 mehrere Ausführungsbeispiele für die Anordnung von Befestigungsbereichen zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat 1 und 7 several embodiments for the arrangement of mounting areas between metallic foil 2 and semiconductor substrate 1 and

8 Beispiele für Ausbildungen einer Dehnungsreserve. 8th Examples of training a strain reserve.

Sämtliche Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. All figures show schematic, not to scale representations. Like reference numerals in the figures indicate the same or equivalent elements.

Die Halbleiterbauelemente der 1 bis 7 sind als photovoltaische Solarzellen ausgebildet, deren (in den 1 bis 5 oben liegend dargestellte) Rückseite, d. h. bei Benutzung der einfallenden Strahlung abgewandte Seite, mit einer metallischen Folie bedeckt ist. The semiconductor devices of 1 to 7 are designed as photovoltaic solar cells whose (in the 1 to 5 Placed above), ie, when using the incident radiation side facing away, is covered with a metallic foil.

Die metallische Folie ist an mehreren Befestigungsbereichen mit dem Halbleitersubstrat 1 verbunden. Exemplarisch sind ein erster Befestigungsbereich B2 sowie jeweils drei weitere Befestigungsbereiche B gekennzeichnet. The metallic foil is at several attachment areas with the semiconductor substrate 1 connected. By way of example, a first fastening region B2 and in each case three further fastening regions B are marked.

Die Solarzelle kann in an sich bekannter Weise ausgeführt sein, insbesondere kann das Halbleitersubstrat auf der der Folie 2 zugewandten Seite weitere zwischengelagerte Schichten, insbesondere elektrisch isolierende und/oder optisch reflektierende Schichten aufweisen. An den Befestigungsbereichen B kann die metallische Folie 2 elektrisch leitend mit dem Halbleitersubstrat 1 verbunden sein. Ebenso kann an manchen oder allen Bereichen die metallische Folie 2 ohne elektrisch leitende Verbindung lediglich mechanisch mit dem Halbleitersubstrat 1 verbunden sein, sofern keine elektrische Kontaktierung, sondern lediglich die Verbesserung der optischen und/oder thermischen Eigenschaften erwünscht ist. The solar cell can be embodied in a manner known per se, in particular the semiconductor substrate can be mounted on that of the foil 2 facing side further intermediate layers, in particular electrically insulating and / or optically reflective layers. At the attachment areas B, the metallic foil 2 electrically conductive with the semiconductor substrate 1 be connected. Likewise, in some or all areas, the metallic foil 2 without electrically conductive connection only mechanically with the semiconductor substrate 1 be connected, provided that no electrical contact, but only the improvement of the optical and / or thermal properties is desired.

In typischen Ausführungsformen ist jedoch an einer Vielzahl der Befestigungsbereiche B, bevorzugt an allen Befestigungsbereichen B die metallische Folie 2 – wie in den vorliegenden Ausführungsbeispielen – elektrisch leitend mit dem Halbleitersubstrat 1 verbunden. In typical embodiments, however, at a plurality of attachment areas B, preferably at all attachment areas B, the metallic foil 2 - As in the present embodiments - electrically conductive with the semiconductor substrate 1 connected.

Die Solarzellen gemäß 1 bis 7 sind somit in an sich bekannter Weise dazu ausgebildet, um einfallende elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie umzuwandeln. Ebenso kann umgekehrt das Halbleiterbauelement als emittierende Diode ausgebildet sein, indem über metallische Kontaktierungen elektrische Energie zugeführt wird und diese in emittierte elektromagnetische Strahlung umgewandelt wird.The solar cells according to 1 to 7 are thus designed in a manner known per se to convert incident electromagnetic radiation into electrical energy. Likewise, conversely, the semiconductor device may be formed as an emitting diode by electrical energy is supplied via metallic contacts and this is converted into emitted electromagnetic radiation.

1 zeigt ein Halbleiterbauelement gemäß Stand der Technik. Hier wurde mittels des in DE 10 2006 044 936 A1 beschriebenen Verfahrens zunächst eine als Aluminiumfolie ausgebildete metallische Folie 2 ganzflächig auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 aufgelegt und anschließend durch Energieeinwirkung mittels eines Lasers partiell an den Befestigungsbereichen B mit der Oberfläche des Halbleiterbauelements mechanisch und elektrisch leitend verbunden. 1 shows a semiconductor device according to the prior art. Here was by means of in DE 10 2006 044 936 A1 described method first formed as an aluminum foil metallic foil 2 over the entire surface of the surface of the semiconductor substrate 1 placed on and then mechanically and electrically connected by the action of energy by means of a laser partially at the attachment areas B with the surface of the semiconductor device.

Nachteilig bei einer solchen Solarzelle ist, dass insbesondere bei Abkühlung das Halbleitersubstrat 1 typischerweise eine kleinere Kontraktion gegenüber der metallischen Folie 2 aufweist, so dass an den Befestigungsbereichen B Spannungen entstehen, welche die mechanische und insbesondere elektrische Verbindung zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat 1 dauerhaft verringern oder sogar vollständig lösen können, so dass insbesondere der elektrische Widerstand zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat 1 ansteigt.A disadvantage of such a solar cell is that, in particular when cooled, the semiconductor substrate 1 typically a smaller contraction to the metallic foil 2 has, so that at the attachment areas B voltages arise, which is the mechanical and in particular electrical connection between metallic foil 2 and semiconductor substrate 1 permanently reduce or even completely dissolve, so that in particular the electrical resistance between metallic foil 2 and semiconductor substrate 1 increases.

Das in 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements weist im Unterschied zu dem Halbleiterbauelement gemäß 1 zwischen den Befestigungsbereichen Dehnungsreserven auf. Beispielsweise ist zwischen einem ersten Befestigungsbereich B1 und einem zweiten Befestigungsbereich B2 eine Dehnungsreserve 3 ausgebildet. Bei typischer Betriebstemperatur weist die metallische Folie 2 zwischen erstem Befestigungsbereich B1 und zweitem Befestigungsbereich B2 somit eine größere Länge auf, verglichen mit der Entfernung des Befestigungsbereichs 1 zu dem Befestigungsbereich 2 auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1. This in 2 illustrated first embodiment of a semiconductor device according to the invention has in contrast to the semiconductor device according to 1 between the attachment areas on stretch reserves. For example, between a first attachment region B1 and a second attachment region B2 is an expansion reserve 3 educated. At typical operating temperature, the metallic foil 2 between the first attachment region B1 and the second attachment region B2 thus has a greater length compared to the removal of the attachment region 1 to the attachment area 2 on the surface of the semiconductor substrate 1 ,

Bei der typischen Betriebstemperatur ist die metallische Folie 2 daher zwischen Befestigungsbereich B1 und Befestigungsbereich B2 gewölbt. At the typical operating temperature is the metallic foil 2 therefore arched between mounting area B1 and mounting area B2.

Sofern nun eine Abkühlung des Halbleiterbauelements und damit einhergehend eine größere Kontraktion der metallischen Folie 2 gegenüber dem Halbleitersubstrat 1 erfolgt, so verhindert die Dehnungsreserve 3 das Auftreten mechanischer Spannungen an den Befestigungsbereichen B1 und B2 und damit eine Verschlechterung bzw. Beschädigung des Halbleiterbauelements. If now a cooling of the semiconductor device and, consequently, a greater contraction of the metallic foil 2 opposite to the semiconductor substrate 1 takes place, thus preventing the stretch reserve 3 the occurrence of mechanical stresses on the attachment areas B1 and B2 and thus a deterioration or damage of the semiconductor device.

Die Dehnungsreserve 3 liegt hierbei im Bereich 10 µm bis 200 µm und beträgt vorliegend 100 µm. Das Halbleiterbauelement weist insgesamt im Bereich 1 bis 400 solcher Dehnungsreserven auf, vorliegend 200.The stretch reserve 3 in this case is in the range 10 microns to 200 microns and in the present case is 100 microns. The semiconductor component has a total of 1 to 400 such expansion reserves, in the present case 200.

In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements dargestellt. Im Folgenden wird zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich auf die wesentlichen Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiels gemäß 2 eingegangen:
Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 3 weist keine Dehnungsreserven, sondern Dehnungsöffnungen 4 auf. Beispielsweise ist zwischen dem ersten Befestigungsbereich B1 und dem zweiten Befestigungsbereich B2 die metallische Folie 2 mittels Lasereinwirkung partiell entfernt, so dass in diesem Bereich der Dehnungsöffnung 4 keine mechanischen Spannungen der metallischen Folie 2 entstehen können. In 3 a second embodiment of a semiconductor device according to the invention is shown. In the following, in order to avoid repetition, only the essential differences from the first embodiment according to FIG 2 received:
The second embodiment according to 3 has no stretch reserves, but expansions 4 on. For example, between the first attachment region B1 and the second attachment region B2 is the metallic foil 2 Partially removed by laser action, so that in this area of the expansion opening 4 no mechanical stresses of the metallic foil 2 can arise.

Es ist hierbei nicht zwingend notwendig, zwischen allen Befestigungsbereichen B jeweils zwischengeordnet Dehnungsöffnungen vorzusehen. Da sich bei Ausdehnung des Halbleitersubstrats die Kräfte der mechanischen Belastung an den Befestigungsbereichen B summieren können, genügen in typischen Fällen Dehnungsöffnungen, die lediglich Gruppen von Befestigungsbereichen mechanisch voneinander entkoppeln, um eine Beschädigung des Halbleiterbauelements zu verhindern. Die dann noch auftretenden mechanischen Spannungen sind gering, so dass keine Schäden der Verbindung zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat 1 bestehen. In this case, it is not absolutely necessary to provide expansion openings between each of the attachment areas B in each case. Since the forces of the mechanical stress at the attachment areas B can add up when the semiconductor substrate expands, expansion openings which merely mechanically decouple groups of attachment areas from one another in a typical case are sufficient to prevent damage to the semiconductor component. The then still occurring mechanical stresses are low, so that no damage to the connection between metallic foil 2 and semiconductor substrate 1 consist.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind jeweils Gruppen von zwei Befestigungsbereichen B durch eine Dehnungsöffnung 4 mechanisch voneinander entkoppelt.In the second embodiment according to 3 are each groups of two attachment areas B through an expansion opening 4 mechanically decoupled from each other.

Die Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß zweitem Ausführungsbeispiel, wie in 3 dargestellt, erfolgt derart, dass in einem Verfahrensschritt A zunächst das Halbleitersubstrat 1 bereitgestellt wird. In einem Verfahrensschritt B erfolgt das Anordnen der metallischen Folie 2 an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 1. In einem Verfahrensschritt C erfolgt ein Verbinden der metallischen Folie 2 mit dem Halbleitersubstrat 1 an den Verbindungsbereichen B mittels Energieeintrag durch einen Laser analog zu DE 10 2006 044 936 A1 .The production of a semiconductor device according to the second embodiment, as in 3 shown, takes place in such a way that in a method step A first the semiconductor substrate 1 provided. In a method step B, the arrangement of the metallic foil takes place 2 on a surface of the semiconductor substrate 1 , In a method step C, the metallic foil is connected 2 with the semiconductor substrate 1 at the connection areas B by means of energy input by a laser analogous to DE 10 2006 044 936 A1 ,

Wesentlich ist, dass anschließend mittels des Lasers partiell an den Bereichen der Dehnungsöffnung 4 die metallische Folie 2 lokal entfernt wird. It is essential that subsequently by means of the laser partially at the areas of the expansion opening 4 the metallic foil 2 is removed locally.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Folie verwendet, welche bereits vor Durchführen des Verfahrensschrittes B die Dehnungsöffnungen aufweist. In an alternative embodiment of a method according to the invention, a film is used which already has the expansion openings before carrying out the method step B.

Ein Halbleiterbauelement gemäß erstem Ausführungsbeispiel, wie in 2 dargestellt, kann durch ein in 4 schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden:
Wie zuvor beschrieben werden Verfahrensschritte A und B durchgeführt. In Verfahrensschritt B wird jedoch das Halbleitersubstrat gebogen und die metallische Folie an der konvexen Seite des Halbleitersubstrats 1 angeordnet. Im gebogenen Zustand des Halbleitersubstrats 1 wird Verfahrensschritt C durchgeführt. A semiconductor device according to the first embodiment, as in 2 can be represented by a in 4 schematically illustrated embodiment of a method according to the invention are produced:
As described above, method steps A and B are performed. In method step B, however, the semiconductor substrate is bent and the metallic foil is bent on the convex side of the semiconductor substrate 1 arranged. In the bent state of the semiconductor substrate 1 Step C is performed.

Wird nun anschließend das Halbleitersubstrat 1 wieder in seinen ursprünglichen, nicht gebogenen Zustand zurückgeführt, so ergibt sich ein Halbleiterbauelement gemäß 2 mit Dehnungsreserven 3. Now, then, the semiconductor substrate 1 returned to its original, not bent state, the result is a semiconductor device according to 2 with stretch reserves 3 ,

In einem alternativen Ausführungsbeispiel gemäß 5 wird vor Verfahrensschritt C das Halbleitersubstrat 1 und die metallische Folie auf 0ºC, ideal bis zur minimalen Betriebstemperatur von –45°C, gekühlt. Nach Durchführen der Verfahrensschritte B und C werden das Halbleitersubstrat und die Metallfolie wieder auf Raumtemperatur erwärmt, so dass sich Dehnungsreserven 3 gemäß 2 ergeben, da aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten sich die Metallfolie mehr ausdehnt als das Halbleitersubstrat. In an alternative embodiment according to 5 before step C, the semiconductor substrate 1 and the metallic foil cooled to 0 ° C, ideally to the minimum operating temperature of -45 ° C. After carrying out the method steps B and C, the semiconductor substrate and the metal foil are heated again to room temperature, so that expansion reserves 3 according to 2 result because due to the different expansion coefficients, the metal foil expands more than the semiconductor substrate.

6 zeigt eine Draufsicht auf eine Rückseite eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements. Das Halbleiterbauelement weist eine Vielzahl punktförmiger Befestigungsbereiche B zwischen metallischer Folie 2 und Halbleiter und (hier hinter der Zeichenebene liegenden) Halbleitersubstrat auf. 6 shows a plan view of a back side of a third embodiment of a semiconductor device according to the invention. The semiconductor device has a plurality of punctiform attachment regions B between metallic foil 2 and semiconductors and (here behind the plane lying) semiconductor substrate.

Die Dehnungsreserven 3 wurden als Gitterstruktur zwischen jeweils zwei punktförmigen Befestigungsbereichen ausgebildet, indem mittels Energieeintrag durch einen Laser gitterartig nach Verfahrensschritt C die metallische Folie an den Dehnungsbereichen 3 geweitet wurde. The stretch reserves 3 were formed as a lattice structure between each two punctiform attachment areas by lattice by means of energy input by a laser Process step C, the metallic film at the expansion areas 3 was widened.

Wie in 7 ersichtlich, kann je nach Anforderung an das Halbleiterbauelement eine beliebige geometrische Ausgestaltung der Befestigungsbereiche gewählt werden, beispielsweise die links dargestellten punktförmigen Befestigungsbereiche B, die mittig dargestellten strichartigen Befestigungsbereiche C und die rechts dargestellten linienartigen Befestigungsbereiche D.As in 7 can be selected depending on the requirements of the semiconductor device any geometrical configuration of the attachment areas, for example, the point-shaped attachment areas B shown on the left, the dash-like attachment areas C shown in the middle and the line-like attachment areas D.

In 8 sind mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt, um Dehnungsreserven mittels der metallischen Folie auszubilden:
Eine besonders einfache Form einer Dehnungsreserve ergibt sich wie links unter a) dargestellt, indem zwischen den beiden Befestigungsbereichen B die metallische Folie einfach gewölbt ist. Hierdurch ist die Länge der metallische Folie zwischen den Befestigungsbereichen B größer als die direkte Verbindung zwischen den Befestigungsbereichen auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1, so dass bei einer stärkeren Kontraktion der metallischen Folie 2 gegenüber dem Halbleitersubstrat 1 somit eine Dehnungsreserve gegeben ist, welche das Auftreten von mechanischen Spannungen zwischen den Befestigungsbereichen B bei Ausdehnung verhindert. In 8th Several embodiments are shown to form expansion reserves by means of the metallic foil:
A particularly simple form of expansion reserve results, as shown on the left under a), in that the metallic foil is simply curved between the two attachment regions B. As a result, the length of the metallic foil between the attachment areas B is greater than the direct connection between the attachment areas on the surface of the semiconductor substrate 1 , so that at a stronger contraction of the metallic foil 2 opposite to the semiconductor substrate 1 Thus, an expansion reserve is given, which prevents the occurrence of mechanical stresses between the attachment areas B upon expansion.

Sofern das Volumen V, welches zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat 1 ausgebildet ist, jedoch vollständig von Befestigungsbereichen B umschlossen ist, ergibt sich jedoch der Nachteil, dass bei einer Erwärmung das Gas, insbesondere Luft, welches sich in dem Volumen V befindet, ebenfalls ausdehnt, so dass hierdurch eine mechanische Belastung auf die Befestigungsbereiche B ausgeübt wird. Jedoch ist diese mechanische Belastung, welche im Ausdehnen des Gases im Volumen V begründet ist, erheblich kleiner, als eine mechanische Belastung, wie sich beim Abkühlen aufgrund der unterschiedlichen Längenkontraktion auftritt.If the volume V, which is between metallic foil 2 and semiconductor substrate 1 is formed, but is completely enclosed by mounting areas B, however, there is the disadvantage that when heated, the gas, in particular air, which is located in the volume V, also expands, so that in this way a mechanical stress on the mounting areas B is exercised , However, this mechanical stress, which is due to the expansion of the gas in the volume V, is considerably smaller than a mechanical load, as occurs during cooling due to the different length contraction.

In einem weiteren vorzugsweisen Ausführungsbeispiel ist das Volumen V daher (nicht dargestellt) fluidleitend mit der Umgebung verbunden, so dass bei Ausdehnung eines sich im Volumen V befindlichen Gases somit ein Druckausgleich durch Austreten von Gas in die Umgebung möglich ist. In a further preferred embodiment, the volume V is therefore (not shown) fluidly connected to the environment, so that upon expansion of a gas in the volume V thus pressure equalization by leakage of gas into the environment is possible.

Unter b) ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt: Hier ist die Folie 2 bei Raumtemperatur zwischen den Befestigungsbereichen B mehrfach gewellt. Sofern sich bei einer Betriebstemperatur, welche höher als Raumtemperatur ist, somit nun nicht nur die metallische Folie 2 stärker als das Halbleitersubstrat 1 ausdehnt, sondern zusätzlich ein sich im Volumen V befindliches Gas ausdehnt, kann sich somit – wie unter c) dargestellt – das Volumen vergrößern, ohne dass eine mechanische Spannung auftritt. Dies ist damit begründet, dass in dem b) bei Raumtemperatur dargestellten Zustand zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat 1 nicht das maximale Volumen ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die metallische Folie 2 hierbei derart angeordnet, dass bei Raumtemperatur weniger als 70%, bevorzugt weniger als 50% des maximalen Volumens zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat 1 (und begrenzt durch die Befestigungsbereiche B) ausgebildet ist. Under b) another embodiment is shown: Here is the film 2 at room temperature between the mounting areas B repeatedly corrugated. Provided that at an operating temperature which is higher than room temperature, now not only the metallic foil 2 stronger than the semiconductor substrate 1 expands, but in addition a gas located in the volume V expands, thus - as shown under c) - increase the volume without a mechanical stress occurs. This is due to the fact that in the b) shown at room temperature state between metallic foil 2 and semiconductor substrate 1 not the maximum volume is formed. Preferably, the metallic foil 2 in this case arranged such that at room temperature less than 70%, preferably less than 50% of the maximum volume between metallic foil 2 and semiconductor substrate 1 (and limited by the attachment areas B) is formed.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit zur Herstellung typischer Kontaktierungsstrukturen insbesondere für photovoltaische Solarzellen und/oder LEDs geeignet.The method according to the invention is therefore suitable for producing typical contacting structures, in particular for photovoltaic solar cells and / or LEDs.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006044936 A1 [0004, 0064, 0073]

Claims

A method of adhering a metallic foil to a surface of a semiconductor substrate, comprising the following method steps: A providing the semiconductor substrate; B arranging the metallic foil at least partially on the surface of the semiconductor substrate; C connecting the metallic foil to the semiconductor substrate ( 1 ) at at least at a first and a second attachment region (B2) by local energy input, characterized in that the film is so connected to the semiconductor substrate, that in the operating state, the film between the two attachment regions a strain reserve ( 3 ) and / or at least one expansion opening ( 4 ) having.

Method according to claim 1, characterized in that in method step B the semiconductor substrate ( 1 ) and the metallic foil ( 2 ) is disposed on a convex surface of the semiconductor substrate.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion reserve ( 3 ) is obtained by the film is locally stretched by the action of heat.

A method according to claim 3, characterized in that in step C during the heat input to the first attachment region (B1) by the heat, the film is locally stretched.

A method according to claim 3, characterized in that after step C in a method step D by local heat input, the film is stretched locally between the two attachment areas.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that between the two attachment areas at least one expansion opening ( 4 ) is produced, preferably by means of locally removing the film by means of heat.

A method according to claim 6, characterized in that a plurality of expansion openings are produced, in particular that a perforated film is used and / or the film is perforated.

A method according to claim 6, characterized in that at least one expansion gap is produced in the film.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion reserve ( 3 ) is formed as a honeycomb structure.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in method step C at least the film is cooled to a temperature lower than the operating temperature in the operating state, in particular that at least the film to a temperature less than 0 ° C, preferably less than -10 ° C, more preferably less than -20 ° C, ideally cooled to the minimum operating temperature, in particular from -45 ° C.

Halbeiterbauelement, with a semiconductor substrate ( 1 ) and a metallic foil, which metallic foil ( 2 ) at at least a first and a second attachment region (B2) locally with the semiconductor substrate ( 1 ), characterized in that the metallic foil ( 2 ) between the two attachment areas in the operating state of the semiconductor device a strain reserve ( 3 ) and / or at least one expansion opening ( 4 ) having.

Semiconductor component according to claim 11, characterized in that the metallic foil has an expansion reserve, which is designed as a length reserve, in that the metallic foil ( 2 ) is arranged between the two attachment areas such that the length of the metallic foil between the attachment areas is greater than the direct connection between the attachment areas on the metallic foil ( 2 ) facing surface of the semiconductor substrate ( 1 ).

Semiconductor component according to one of the preceding claims 11 to 12, that a strain reserve ( 3 ) is designed as an expansion fold, in particular, that a region bounded by the attachment regions between the film and the semiconductor substrate has a fluid-conducting pressure equalization connection to the environment.

Semiconductor component according to one of the preceding claims 11 to 13, characterized in that the film has a plurality of expansion openings, in particular that the film is perforated and / or that between the two attachment areas at least one expansion gap is formed, in particular that the film by means of a plurality of attachment regions is connected to the semiconductor substrate and a plurality of expansion gaps in the film are formed, preferably, that the expansion gaps are formed parallel to each other.

Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that in the operating state, the film between the two attachment areas an expansion reserve ( 3 ) in the range 10 microns to 200 microns, in particular in the range 50 microns to 150 microns, in particular, that the semiconductor device in the range 1 to 400 strain ranges, preferably in the range 100 to 300 strain ranges.