DE102016118383A1

DE102016118383A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit zumindest einer Halbleiterschicht

Info

Publication number: DE102016118383A1
Application number: DE102016118383.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Rodofili; Jan Frederik Nekarda
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2018-03-29
Also published as: WO2018060181A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit zumindest einer Halbleiterschicht, wobei in einem Bearbeitungsschritt das Halbleiterbauelement mit Laserstrahlung beaufschlagt wird. Wesentlich ist, dass vor dem Bearbeitungsschritt in einem Strukturerzeugungsschritt eine Absorptionsstruktur auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes aufgebracht wird, welche die Oberfläche nur teilweise bedeckt, dass nach Aufbringen der Absorptionsstruktur in dem Bearbeitungsschritt zumindest die Absorptionsstruktur mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, wobei Absorptionsmaterial für die Absorptionsstruktur und Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich verwendet wird, so dass für das Material der Halbleiterschicht die Absorption der Laserstrahlung um zumindest einen Faktor 10 geringer ist als im Material der Absorptionsstruktur und dass die Bearbeitung jedes Teilbereiches der Absorptionsstruktur in dem Bearbeitungsschritt zumindest 1 ms nach Aufbringen dieses Teilbereiches in dem Strukturerzeugungsschritt erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit zumindest einer Halbleiterschicht gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit mindestens einer Halbleiterschicht.
Bei der Herstellung und Bearbeitung von Halbleiterbauelementen ist es bekannt, in einem Bearbeitungsschritt das Halbleiterbauelement mit Laserstrahlung zu beaufschlagen. Solche Bearbeitungsschritte finden insbesondere bei der Herstellung von großflächigen Halbleiterbauelementen, wie beispielsweise photovoltaischen Solarzellen oder OLEDs Anwendung.
Es ist bekannt, in einem Laserablationsverfahren, gezielt einen Teilbereich einer Schicht an der Oberfläche des Halbleiterbauelementes durch Beaufschlagen mit Laserstrahlung zu entfernen. Bei photovoltaischen Solarzellen ist es bekannt, eine ganzflächig auf eine elektrisch isolierende Zwischenschicht aufgebrachte Metallschicht lokal mit Laserstrahlung zu beaufschlagen, um lokale Kontaktierungen zu einer Halbleiterschicht zu erzeugen, wie in DE 100 46 170 A1 beschrieben. Aus DE 10 2009 020 774 B4 ist ein Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleitersubstrates bekannt, bei welchem mittels eines LIFT-Prozesses (Laser Induced Forward Transfer-Prozess) Material von einem ganzflächig beschichteten Träger mittels Laserstrahlung lokal auf die Oberfläche eines Halbleiterbauelementes aufgebracht und durch eine Zwischenschicht des Halbleiterbauelementes hindurch getrieben wird.
Bei der Bearbeitung von Halbleiterbauelementen mittels Laserstrahlung ist es stets wünschenswert, eine Schädigung zumindest der Halbleiterschicht des Halbleiterbauelementes zu vermeiden. Weiterhin besteht ein Bedarf an Verfahren, welche in kostengünstiger Weise die Erzeugung von Strukturen mit geringer Linienbreite ermöglichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Anwendungsbereich der vorbekannten Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleiterelementes mittels Beaufschlagen durch Laserstrahlung zu erweitern.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 14.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Durchführung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bevorzugt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit zumindest einer Halbleiterschicht. Die Halbleiterschicht kann hierbei als Trägersubstrat, insbesondere als Halbleiterwafer, insbesondere als Siliziumwafer ausgebildet sein. Ebenso kann die Halbleiterschicht als Schicht oder als Schichtsystem auf einem Träger ausgebildet sein, insbesondere als Siliziumschicht wie beispielsweise eine amorphe Siliziumschicht.
In einem Bearbeitungsschritt wird das Halbleiterbauelement mit Laserstrahlung beaufschlagt.
Wesentlich ist, dass nach Aufbringen der Absorptionsstruktur in dem Bearbeitungsschritt die Absorptionsstruktur zumindest teilweise mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, wobei Absorptionsmaterial für die Absorptionsstruktur und Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich verwendet wird, so dass für das Material der Halbleiterschicht die Absorption der Laserstrahlung um zumindest einen Faktor 10, bevorzugt um einen Faktor 100 geringer ist als im Material der Absorptionsstruktur und dass die Bearbeitung jedes Teilbereiches der Absorptionsstruktur in dem Bearbeitungsschritt zumindest 1 ms nach Aufbringen dieses Teilbereiches in dem Strukturerzeugungsschritt erfolgt.
Die Absorptionsstruktur bedeckt die Oberfläche des Halbleiterbauelementes nur teilweise.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein zumindest zweistufiges Verfahren, bei welchem in einem Strukturerzeugungsschritt die Absorptionsstruktur auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes aufgebracht wird und in einem separaten Bearbeitungsschritt zumindest die Absorptionsstruktur mit Laserstrahlung beaufschlagt wird eine Reihe von Vorteilen bietet, sofern die weiteren oben genannten Bedingungen gegeben sind:

– Das Erzeugen der Absorptionsstruktur in einem separaten Verfahrensschritt ermöglicht ein auf die jeweilige Anwendung abgestimmtes und optimiertes Verfahren zum Aufbringen der Absorptionsstruktur, welches insbesondere hinsichtlich der jeweils vorliegenden Anforderungen, wie beispielsweise der gewünschten Linienbreite, Homogenität und/oder Konturschärfe kosteneffizient gewählt werden kann. Aufgrund der zumindest zweistufigen Ausgestaltung des Verfahrens besteht bei der Auswahl des Verfahrens zum Aufbringen der Absorptionsstruktur in dem Strukturerzeugungsschritt keine Einschränkung aufgrund der nachfolgenden Bearbeitung in dem Bearbeitungsschritt. Ebenso kann der Bearbeitungsschritt unabhängig von dem Strukturerzeugungsschritt optimiert werden.
– Die Auswahl des Wellenlängenbereichs der Laserstrahlung im Bearbeitungsschritt zusammenwirkend mit dem Absorptionsmaterial derart, dass für das Material der Halbleiterschicht die Absorption der Laserstrahlung um zumindest einem Faktor 10, bevorzugt einem Faktor 100, insbesondere bevorzugt einen Faktor 1000 geringer ist als im Material der Absorptionsstruktur ergibt den Vorteil, dass in dem Bearbeitungsschritt im Wesentlichen ein Energieeintrag in die Absorptionsstruktur erfolgt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit durch die in dem vorgelagerten Strukturerzeugungsschritt aufgebrachte Absorptionsstruktur präzise der Bereich der Energieabsorption und somit auch der Bereich des Energieeintrags in die Oberfläche des Halbleiterbauelementes vorgebbar. Durch die nur geringe Absorption der Laserstrahlung in der Halbleiterschicht ist eine Beschädigung der Halbleiterschicht durch die Laserstrahlung ausgeschlossen oder zumindest ein solches Risiko erheblich verringert. Darüber hinaus wird auch hierdurch sichergestellt, dass etwaige in die Halbleiterschicht eindringende Laserstrahlung aufgrund der geringen Absorption zu keinem oder nur einem geringen Energieeintrag führt, so dass auch hierdurch die präzise Definition des Energieeintrags über die im Strukturerzeugungsschritt aufgebrachte Absorptionsstruktur gegeben ist.
– Die Ausbildung als zweistufiger Prozess ermöglicht in dem Bearbeitungsschritt eine Beschränkung der vertikalen Einflusszone der Laserstrahlung, so dass eine oberflächennahe Bearbeitung möglich ist. Insbesondere ist bei einem Schichtsystem somit die Bearbeitung lediglich der oben liegenden Schicht möglich. Insbesondere eine auf die Gesamtabsorption der Absorptionsstruktur (welche maßgeblich durch die Dicke der Absorptionsstruktur bestimmt wird) abgestimmte Pulslänge bei Verwendung gepulster Laserstrahlung in dem Bearbeitungschritt ermöglicht eine genaue Definition des vertikalen Einwirkungsbereiches.
– Gegenüber vorbekannten Verfahren, welche eine ganzflächige Metallisierung vorsehen, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Ausbildung lokaler metallischer Strukturen, die insbesondere eine lokale galvanische Verstärkung ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass Erzeugen der Absorptionsstruktur und Bearbeitungsschritt entkoppelt sind. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Absorptionsstruktur vollständig ausgebildet wird, bevor die Beaufschlagung mit Laserstrahlung in dem Bearbeitungsschritt erfolgt.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass zunächst in dem Strukturerzeugungsschritt die vollständige Absorptionsstruktur aufgebracht wird und anschließend der Bearbeitungsschritt folgt. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass lediglich ein Teil der Absorptionsstruktur aufgebracht wird und dieser Teil vor oder während des Aufbringens der weiteren Teile der Absorptionsstruktur bearbeitet wird. Insbesondere kann während des Bearbeitens eines Teiles gleichzeitig ein anderer Teil aufgebracht werden. Für jeden Teilbereich der Absorptionsstruktur gilt jedoch, dass die Bearbeitung dieses Teilbereichs frühestens 1 ms nach der Erzeugung dieses Teilbereiches erfolgt.
In dem Bearbeitungsschritt wird die Absorptionsstruktur zumindest teilweise mit Laserstrahlung beaufschlagt. Besonders vorteilhaft ist es, die gesamte Absorptionsstruktur mit Laserstrahlung zu beaufschlagen. Dies kann sequentiell erfolgen, indem einzelne Teilbereiche der Absorptionsstruktur zeitlich versetzt mit Laserstrahlung beaufschlagt werden. Ebenso kann dies gleichzeitig erfolgen, indem gleichzeitig die gesamte Absorptionsstruktur mit Laserstrahlung beaufschlagt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird in dem Bearbeitungsschritt die Absorptionsstruktur lediglich teilweise bearbeitet, so dass zumindest ein Teilbereich der Absorptionsstruktur nicht mit Laserstrahlung beaufschlagt wird und hinsichtlich dieses Verfahrensschrittes somit unbearbeitet bleibt. Dies ist insbesondere bei vorteilhaft, da eine eventuelle Schädigung der Halbleiterschicht durch den Bearbeitungsvorgang verringert wird.
Die Absorptionsstruktur wird bevorzugt mit einer Flächenbedeckung von zumin dest 10 mm², insbesondere zumindest 100 mm² der Oberfläche des Halbleiterbauelementes in dem Strukturerzeugungsschritt ausgebildet. Insbesondere wird bevorzugt die Aufteilung in zwei separate Verfahrensschritte, nämlich den Strukturerzeugungsschritt einerseits und den Bearbeitungsschritt andererseits zusätzlich dadurch definiert, dass zunächst eine Absorptionsstruktur mit einer Bedeckungsfläche von zumindest 10 mm², insbesondere zumindest 100 mm² ausgebildet wird, bevor die Bearbeitung dieser Struktur erfolgt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die selektive Einwirkung der Laserstrahlung in dem Bearbeitungsschritt verstärkt, indem Absorptionsmaterial für die Absorptionsstruktur und Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich verwendet wird, so dass für das Material der Halbleiterschicht die Absorption der Laserstrahlung zumindest um einen Faktor 10.000, insbesondere um einen Faktor 100.000 geringer ist als im Material der Absorptionsstruktur.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet, um Metallisierungsstrukturen zum Zu- oder Abführen von Ladungsträgern auszubilden oder zumindest eine Saatstruktur für solch eine Struktur auszubilden, welche in nachfolgenden Schritten noch verstärkt wird, beispielsweise durch galvanische Verstärkung. Insbesondere hierbei ist es vorteilhaft, zunächst die vollständige Absorptionsstruktur auszubilden und anschließend in Bearbeitungsschritten mittels Laserstrahlung zu beaufschlagen. Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, bei Ausbilden einer metallischen Kontaktierung zunächst feingliedrige Metallisierungsstrukturen (sogenannte „Finger“) der Metallisierung vollständig auszubilden und anschlließend eine großflächigere Metallisierung (einen sogenannten „Busbar“), welche die Finger elektrisch leitende verbindet auszubilden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zum Aufbringen von filigranen Strukturen, welche eine gleichmäßige Flächenabdeckung der Oberfläche des Halbleiterbauelementes bieten, geeignet. Dies können beispielsweise die zuvor genannten Kontaktierungsstrukturen sein. Ebenso können dies Strukturen sein, welche zum selektiven Dotieren der Halbleiterschicht insbesondere an einer Mehrzahl linienartiger Bereiche aufgebracht werden, beispielsweise um selektive Hochdotierungen eines Halbleiterbauelementes, insbesondere selektive Emitter oder selektiv hochdotierte Bereiche zur Kontaktierung des Halbleiterbauelementes auszubilden.
Es ist daher vorteilhaft, dass die Absorptionsstruktur zumindest 0,1 %, insbesondere zumindest 0,5 % der Oberfläche des Halbleiterbauelementes bedeckend in dem Strukturerzeugungsschritt ausgebildet wird, insbesondere, dass die Absorptionsstruktur im Bereich 0,1 % bis 90 %, insbesondere 0,5 % bis 80 % der Oberfläche des Halbleiterbauelementes bedeckend in dem Strukturerzeugungsschritt ausgebildet wird.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Aufbringen der Absorptionsstruktur mittels eines nichtlaser-basierten Verfahrens, insbesondere mittels eines Verfahrens aus der Gruppe Siebdruck, Tampon-Druck, Inkjet-Druck, Maskierungsverfahren erfolgt. Hierdurch werden besonders kosteneffiziente Verfahren realisiert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird in dem Strukturerzeugungsschritt Absorptionsmaterial von einem Materialträger auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes mittels Laserstrahlung zur Ausbildung der Absorptionsstruktur übertragen und der Bearbeitungsschritt erfolgt nach Entfernen des Materialträgers. Es handelt sich bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung somit um einen Laser-Strukturerzeugungsschritt. Die Verwendung eines Lasers ermöglicht die Erzeugung von Absorptionsstrukturen mit geringer Linienbreite, bietet dennoch einen Kostenvorteil gegenüber vorbekannter Verfahren, welche geringe Linienbreiten ermöglichen, beispielsweise Maskierungsverfahren mittels photolithografischer Masken.
Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, dass der Laser-Strukturerzeugungsschritt einen LIFT-Prozess aufweist, wie beispielsweise in US 4,970,196 beschrieben.
Vorzugsweise ist der Materialträger einseitig mit Absorptionsmaterial beschichtet und in dem Laser-Strukturerzeugungsschritt ist die mit Absorptionsmaterial beschichtete Seite des Materialträgers der Oberfläche des Halbleiterbauelementes zugewandt, um eine effiziente Materialausnutzung zu gewährleisten.
Vorzugsweise ist der Materialträger für die in dem Laser-Strukturerzeugungsschritt verwendete Laserstrahlung transparent, um eine die Strahlungsenergie mindernde Absorption im Träger zu vermeiden.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass in dem Laser-Strukturerzeugungsschritt ein Abstand zwischen dem an dem Materialträger angeordneten Absorptionsmaterial und der Oberfläche des Halbleiterbauelementes besteht. Vorteilhaft ist es jedoch, dass in dem Laser-Strukturerzeugungsschritt der mit Absorptionsmaterial beschichtete Materialträger unmittelbar an der Oberfläche des Halbleiterbauelementes angeordnet ist. Hierdurch können kleinere Strukturen mit Absorptionsmaterial auf der Oberfläche des Halbleiterbauelementes erzeugt werden.
Die zuvor beschriebene vorteilhafte Ausgestaltung bietet wie zuvor beschrieben die Möglichkeit, dass die Bearbeitung in dem Bearbeitungsschritt durch Beaufschlagen der Absorption mit Laserstrahlung unabhängig von dem in Laser-Strukturerzeugungsschritt erfolgten Materialübertrag optimiert werden kann.
Vorzugsweise unterscheiden sich Laser-Strukturerzeugungsschritt und Bearbeitungsschritt daher in zumindest einem der Parameter

– Pulsenergie der Laserstrahlung;
– Pulsdauer der Laserstrahlung;
– Strahlprofil der Laserstrahlung;
– Fläche der auf die zu beaufschlagende Oberfläche auftreffenden Laserstrahlung;
– Wellenlänge der Laserstrahlung;
– Fluenz der Laserstrahlung.

In dem Laser-Strukturerzeugungsschritt soll ein örtlich präziser und schneller Übertrag des Absorptionsmaterials von dem Materialträger auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes erzielt werden. Daher ist es vorteilhaft, dass die Laserstrahlung in dem Strukturerzeugungsschritt eine gepulste Laserstrahlung ist.
In dem Bearbeitungsschritt hingegen hängen die vorteilhaften Parameter der Laserstrahlung von der gewünschten Bearbeitung ab, unabhängig davon, auf welche Weise die Absorptionsstruktur in dem Strukturerzeugungsschritt aufgebracht wurde:
Wie bereits ausgeführt, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in dem Bearbeitungsschritt die Laserstrahlung im Wesentlichen oder zumindest erheblich stärker in der Absorptionsstruktur absorbiert, verglichen mit der Halbleiterschicht des Halbleiterbauelementes.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass in dem Bearbeitungsschritt keine oder nur eine geringfügige Beeinträchtigung des Halbleitermaterials durch die Laserstrahlung, welche zur Beaufschlagung der Absorptionsstruktur verwendet wird, erfolgt. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine exakte Übereinstimmung der Fläche auf der Oberfläche des Halbleiterbauelementes, welche in dem Bearbeitungsschritt mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, mit der Absorptionsstruktur notwendig ist. Denn auch ein Beaufschlagen eines Bereichs der Oberfläche des Halbleiterbauelementes, welches nicht mit Absorptionsmaterial der Absorptionsstruktur bedeckt ist, führt zu keiner oder nur einer geringfügigen Beeinträchtigung des Halbleiterbauelementes. Hierdurch sind insbesondere Kosteneinsparungen möglich.
Vorteilhafterweise wird in dem Bearbeitungsschritt Laserstrahlung mit einer Wellenlänge verwendet, in welcher alle Halbleiterschichten des Halbleiterbauelementes einen um zumindest einen Faktor 10, insbesondere um zumindest einen Faktor 100, bevorzugt um zumindest einen Faktor 500, insbesondere um zumindest einen Faktor 1000 geringeren Absorptionskoeffizienten aufweisen, verglichen mit dem Material der Absorptionsschicht. Insbesondere bei Verwendung einer im Wesentlichen aus Silizium bestehenden Halbleiterschicht ist eine Verwendung von Laserstrahlung in dem Bearbeitungsschritt mit einer Wellenlänge im Bereich 0,7 µm bis 11 µm, insbesondere 0,9 µm bis 11 µm vorteilhaft.
Vorteilhafterweise erstreckt sich in dem Bearbeitungsschritt die durch den Laser beaufschlagte Oberfläche über die Fläche der Absorptionsstruktur hinaus, so dass zumindest bereichsweise auch Oberfläche des Halbleiterbauelementes mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, die nicht durch die Absorptionsstruktur bedeckt ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass sich die durch den Laser beaufschlagte Oberfläche an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten über die Fläche der Absorptionsstruktur hinaus erstreckt, insbesondere vorteilhafterweise umlaufend an allen Seiten über die Absorptionsstruktur hinaus erstreckt.
Hierdurch ist gewährleistet, dass die Absorptionsstruktur in dem Bearbeitungsschritt vollständig mit Laserstrahlung beaufschlagt wird. In Verbindung mit der zuvor beschriebenen vorteilhaften Ausführungsform, bei welcher in dem Bearbeitungsschritt Laserstrahlung mit einer Wellenlänge verwendet wird, in welchem zumindest die Halbleiterschicht des Halbleiterbauelementes transparent ist, wird der besonders vorteilhafte und kosteneinsparende Effekt erzielt, dass nur geringe Anforderungen an eine örtliche Justierung zwischen Laserstrahlung und dem Ort der Absorptionsstruktur erforderlich sind und gleichzeitig keine oder nur eine geringfügige Beeinträchtigung des Halbleiterbauelementes durch Beaufschlagung mittels Laserstrahlen an von der Absorptionsstruktur nicht bedeckten Bereichen erfolgt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Strahlprofil des Lasers in dem Strukturerzeugungsschritt gaußförmig. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass kleinere Strukturen erzeugt werden können.
In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt daher im Bearbeitungsschritt eine großflächige Beaufschlagung der Oberfläche des Halbleiterbauelementes mit Laserstrahlung, insbesondere eine Beaufschlagung von zumindest 1 %, vorzugsweise zumindest 10 %, insbesondere bevorzugt zumindest 50 % der Oberfläche des Halbleiterbauelementes gleichzeitig mit Laserstrahlung. Hierdurch kann eine Kostenverringerung erzielt werden, dadurch dass kürzere Prozessdauern ermöglicht werden und/oder keine oder nur wenig aufwendige optische Ablenkeinheiten zur wahlweisen Positionierung des Laserstrahls notwendig sind.
Insbesondere liegt es somit im Rahmen der Erfindung, in dem Bearbeitungsschritt die Oberfläche des Halbleiterbauelementes vollständig und gleichzeitig mit Laserstrahlung zu beaufschlagen.
In dem Strukturerzeugungsschritt ist es wünschenswert, eine wählbare geometrische Form vorgeben zu können, in welcher die Absorptionsstruktur auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes übertragen wird. Bevorzugt wird daher in dem Strukturerzeugungsschritt die Absorptionsstruktur mittels Laserstrahlung durch Übertragen eines Absorptionsmaterials von einem Materialträger auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes erzeugt, wie zuvor zu dem Laser-Strukturerzeugungsschritt beschrieben und der mit Absorptionsmaterial beschichtete Materialträger daher nur teilweise mit Laserstrahlung beaufschlagt. Insbesondere ist es vorteilhaft, einen Laser mit einem an sich bekannten optischen, steuerbaren Ablenksystem zu verwenden, um über eine Steuereinheit des Ablenksystems beliebige geometrische Formen für den Übertrag von Absorptionsmaterial zur Ausbildung der Absorptionsstruktur auf der Oberfläche des Halbleiterbauelementes vorgeben zu können.
Vorzugsweise ist in dem Laser-Strukturerzeugungsschritt der Materialträger auf der der Oberfläche des Halbleiterbauelementes zugewandten Seite vollflächig mit Absorptionsmaterial beschichtet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine beliebige Form der Absorptionsstruktur mittels der Laserstrahlung in Strukturerzeugungsschritt ausgebildet werden kann.
In dem Laser-Strukturerzeugungsschritt wird daher vorteilhafterweise Laserstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich 300 nm bis 3000 nm, insbesondere 350nm bis 1100nm verwendet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Ausbildung einer metallischen, elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschicht des Halbleiterbauelementes geeignet. Vorzugsweise wird mittels des Verfahrens daher eine metallische, elektrische Kontaktierung der Halbleiterschicht ausgebildet. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass das Absorptionsmaterial Metall aufweist, insbesondere, dass Metall als Absorptionsmaterial verwendet wird.
Vorzugsweise wird nach dem Bearbeitungsschritt eine Verstärkung der metallischen Kontaktierung, insbesondere bevorzugt eine galvanische Verstärkung durchgeführt, um die Stromleitungseigenschaften bei der metallischen Kontaktierung zu verbessern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt in dem Bearbeitungsschritt ein bevorzugt lokales Dotieren der Halbleiterschicht durch Eintreiben eines Dotierstoffes, aus welchem die Absorptionsstruktur besteht oder welchen die Absorptionsstruktur enthält, in die Halbleiterschicht mittels Laserstrahlung. Bevorzugt wird nach dem Bearbeitungsschritt die Absorptionsstruktur entfernt, insbesondere mittels chemischer Reinigung, beispielsweise Ätzen. Weiter bevorzugt erfolgt anschließend eine galvanische Metallisierung der dotierten Bereiche.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Ausbildung einer metallischen Kontaktierung vorteilhaft, da homogene Kontaktierungsstrukturen mit scharfen Konturen und geringe Linienbreiten ausgebildet werden können. Durch die homogene Ausbildung kann der Kontaktwiderstand besonders homogen über die Kontaktfläche ausgebildet werden. Weiterhin wird die Laserschädigung im Halbleiter niedrig gehalten.
Vorteilhafterweise ist die Halbleiterschicht mittelbar oder unmittelbar mit einer Zwischenschicht insbesondere einer elektrisch isolierenden Zwischenschicht bedeckt und in dem Strukturbearbeitungsschritt wird die Absorptionsstruktur auf die Zwischenschicht aufgebracht. Weiterhin wird vorteilhafterweise in dem Bearbeitungsschritt mittels der Laserstrahlung Material der Absorptionsstruktur durch die Zwischenschicht unmittelbar an der Oberfläche der Halbleiterschicht und/oder in die Halbleiterschicht eingebracht.
Die Halbleiterschicht kann als amorphe Siliziumschicht ausgebildet sein. Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Halbleiterschicht auf einem Siliziumsubstrat angeordnet ist. Amorphe Siliziumschichten weisen zwar hinsichtlich der elektrischen Qualität Vorteile auf, können jedoch durch hohe Temperaturen im Herstellungsprozess des Halbleiterbauelementes beschädigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass nur geringe oder zumindest nur lokale Erwärmungen erfolgen und somit keine oder zumindest nur eine lokale begrenzte Beschädigung einer amorphen Siliziumschicht auftritt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet für Bearbeitungsschritte amorpher Siliziumschichten für Silizium Heterojunction Solarzellen aufgrund der vorgenannten Vorteile.
Wie zuvor beschrieben, ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft bei der Herstellung von Heterojunction Solarzellen einsetzbar.
Vorzugweise wird daher vor dem Strukturerzeugungsschritt auf die Halbleiterschicht bevorzugt unmittelbar eine elektrisch leitende Schicht, bevorzugt eine transparente elektrisch leitende Schicht, insbesondere ein TCO (transparent conductive oxide) aufgebracht, insbesondere bevorzugt die Halbleiterschicht ganzflächig bedeckend. Weiterhin wird auf der der Halbleiterschicht abgewandten Seite der elektrisch leitenden Schicht bevorzugt unmittelbar eine elektrisch isolierende Schicht (Isolierschicht), bevorzugt eine optisch transparente elektrisch isolierende Schicht, insbesondere eine Oxid- oder Nitridschicht aufgebracht, vorzugsweise eine Aluminiumoxidschicht, bevorzugt ganzflächig die elektrisch leitende Schicht bedeckend.
In dem Strukturerzeugungsschritt wird die Absorptionsstruktur auf die elektrisch isolierende Schicht aufgebracht, wobei die Absorptionsstruktur bevorzugt als Kontaktierungsstruktur, insbesondere als metallische Struktur ausgebildet wird.
In dem Bearbeitungsschritt wird mittels Laserstrahlung eine elektrische Kontaktierung zwischen Absorptionsstruktur und elektrisch leitender Struktur ausgebildet.
Hierbei kann in einer vorteilhaften Weiterbildung anschließend eine galvanische Verstärkung der Absorptionsstruktur erfolgen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass zwar die elektrisch leitende Schicht großflächig, bevorzugt ganzflächig ausgebildet ist, jedoch aufgrund der zusätzlich aufgebrachten elektrisch isolierenden Schicht die galvanische Verstärkung lediglich im Bereich der (elektrisch leitenden) Absorptionsstruktur erfolgt.
Die Zwischenschicht ist bevorzugt mit einer Dicke kleiner 200 nm, insbesondere kleiner 150 nm, bevorzugt kleiner 100 nm ausgebildet. Vorteilhafterweise weist die Zwischenschicht eine Dicke größer 5 nm, bevorzugt größer 10 nm auf. Hierdurch wird ein sicherer Eintrag des Absorptionsmaterials durch die Zwischenschicht hindurch gewährleistet.
Vorteilhafterweise enthält die Absorptionsstruktur silizidbildende Metalle. Dies weist den Vorteil auf, dass die Haftung und der Kontaktwiderstand zwischen Metall und Silizium verbessert wird. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Absorptionsstruktur eines oder mehrere Metalle aus der Gruppe Nickel, Titan, Wolfram, Cobalt enthaltend ausgebildet wird und in dem Bearbeitungsschritt ein Metall-Silizid ausgebildet wird. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei die Verwendung von Nickel erwiesen. Die Verwendung silizidbildender Metalle ist insbesondere bei Anwendung des Verfahrens zur Herstellung von Homojunction-Solarzellen vorteilhaft.
Bevorzugt wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Halbleiterschicht mittels des Absorptionsmaterials p- oder n-dotiert, insbesondere lokal dotiert. Vorteilhafterweise wird hierbei als Absorptionsmaterial Aluminium (zum Ausbilden einer p-Dotierung) oder Antimon (zum Ausbilden einer n-Dotierung) verwendet.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht insbesondere eine präzise, oberflächennahe Bearbeitung des unmittelbar unter der Absorptionsstruktur liegenden Bereichs der Halbleiterschicht. Hierzu ist eine dünne Absorptionsstruktur vorteilhaft. Bevorzugt weist die Absorptionsstruktur daher eine Dicker kleiner 500 nm, insbesondere kleiner 200 nm, bevorzugt kleiner 150 nm auf.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist weiterhin durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit mindestens einer Halbleiterschicht weist eine Strukturerzeugungseinheit zum Aufbringen einer Absorptionsstruktur auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes auf, wobei die Absorptionsstruktur die Oberfläche nur teilweise bedeckt. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Bearbeitungseinheit, welche zumindest eine Laserquelle zum Aufschlagen der Absorptionsstruktur mit Laserstrahlung aufweist auf.
Hierdurch ergeben sich die bereits bei dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile.
Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von Anwendungsbeispielen und Figuren beschrieben. Dabei zeigt:
1 ein erstens Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Metallisierung von Silizium Homojunction Solarzellen und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Metallisierung von Silizium-Heterojunction Solarzellen.
Die Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Querschnitte von Halbleiterbauelementen in unterschiedlichen Verfahrensstadien. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
1. Metallisierung von Silizium Homojunction Solarzellen
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Vorderseitenmetallisierung einer kristallinen Homojunction-Siliziumsolarzelle, welche das Halbleiterbauelement darstellen. Die Solarzelle weist eine vorliegend als Siliziumwafer 1 ausgebildete Halbleiterschicht auf. Die Vorderseite dieser Solarzelle ist vor der Metallisierung ganzflächig mit einer oder mehreren dielektrischen Schichten versehen, die für ein weites Wellenlängenspektrum vom UV- bis in den IR-Bereich transparent sind uns somit eine elektrisch isolierende Zwischenschicht 2 darstellen. Dieser Verfahrensstand ist in 1a) dargestellt.
Für die galvanische Herstellung einer strukturierten Metallisierung dieser Solarzellen werden bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren die dielektrischen Schichten lokal entfernt, sodass die galvanische Abscheidung nur in diesen Bereichen stattfindet:
Vorbekannte nicht laser-basierte Verfahren für das Entfernen der dielektrischen Schichten sind das lokale Aufbringen eines chemisch aktiven Materials durch beispielsweise Inkjet-, Aerosol- oder Feinliniensiebdruck. Durch Erhitzen in einem Ofen wird eine chemische Reaktion ausgelöst, durch die die dielektrischen Schichten entfernt werden. Der Nachteil dieser Verfahren liegt darin, dass die gesamte Solarzelle erhitzt wird, was oft nicht wünschenswert ist. Zudem sind die kleinsten erreichbaren Linienbreiten beschränkt. Ein weiteres nichtlaserbasiertes Verfahren ist die fotolithografische Strukturierung. Der Nachteil der Fotolithografie sind die im Verhältnis sehr hohen Kosten, die deren Anwendung in der industriellen Produktion von Solarzellen unmöglich machen. Die Entfernung der dielektrischen Schichten kann auch mittels lokaler Bestrahlung mit einem Laser erfolgen. Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass die Solarzelle nur lokal erhitzt wird.
Üblicherweise sind die dielektrischen Schichten für die verwendete Laserwellenlänge transparent. Die Laserstrahlung wird daher nicht in den dielektrischen Schichten absorbiert, sondern in den darunterliegenden Schichten, sodass die eigentliche Ablation der dielektrischen Schichten auf indirekte Weise durch die Ablation der untenliegenden Schichten erfolgt. Die Beschädigung der untenliegenden Schichten ist jedoch meist unerwünscht und kann zu einer Beeinträchtigung der Solarzelleneffizienz führen.
Ein weiterer Nachteil, der sich bei dieser Form der Laserbearbeitung ergibt ist, dass die minimal erreichbare Strukturgröße der bearbeiteten Bereiche durch den Laserstrahldurchmesser begrenzt ist. Gerade die Vorgabe einer schnellen Produktion wird oft dadurch erreicht, dass größere Strahldurchmesser in Kauf genommen werden, indem beispielsweise Scanner mit größerem Bearbeitungsfeld verwendet werden, die eine größere Brennweite haben und somit größere Laserstrahldurchmesser bewirken.
Bei diesem Verfahren wird zudem ein gaußsches Laserstrahlprofil verwendet, um möglichst kleine Laserstrahldurchmesser zu erreichen. Das uneinheitliche Strahlprofil führt zu einer unscharfen Kontur der ablatierten Bereiche. Es entsteht ein mit nicht ausreichend Energie bearbeiteter Randbereich mit nicht optimalen Kontakteigenschaften.
Ein weiteres laserbasiertes Verfahren für die Beareitung der dielektrischen Schichten ist aus dem Patent DE102009020774 B4 des Instituts für Photovoltaik (IPV) in Stuttgart bekannt. Bei diesem Verfahren wird per „Laser Induced Forward Transfer“ (LIFT) eine Saatschicht durch die dielektrischen Schichten hindurch gefeuert. Der Lasertransfer und das Feuern durch die dielektrischen Schichten finden dabei in einem Schritt statt. In einer am IPV fertiggestellten Dissertation zu dem Thema wurde festgestellt, dass beim Nickel-LIFT-Prozess eine Partikelstreuung auftritt, die ebenfalls zu einer Unschärfe führt. Dieser Effekt kann zwar minimiert werden, indem der Pulsüberlapp erhöht wird, jedoch führt das dazu, dass es zu einer Nickeldiffusion bis zu einer Tiefe von 1 µm kommt und dass eine Emittertiefe von 2 µm notwendig ist, um das diffundierte Nickel abzuschirmen, was eine starke Einschränkung bedeutet.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, besteht die Metallisierungssequenz darin, durch „Laser Induced Forward Transfer“ (LIFT) ein Vorderseitengrid aus Nickel auf die Passivierschicht zu übertragen. Hierzu wird gemäß 1b) ein für die im LIFT-Prozess verwendete Laserstrahlung transparenter Materialträger 3 (vorliegend eine Polyesterfolie mit einer Dicke von 100 µm), welches an der der Solarzelle zugwandten Seite mit einer Nickelschicht 4 beschichtet ist, über der Solarzelle angeordnet. Mittels eines Laserstrahls L wird selektiv Nickel auf die Oberfläche der Zwischenschicht 2 übertragen, um die gewünschte Absorptionsstruktur 5, vorliegend ein Metallisierungsgitter, in einem Strukturerzeugungsschritt auszubilden. Das Ergebnis ist in 1c) dargestellt.
Anschließend wird gemäß des ersten Ausführungsbeispiels in einem Bearbeitungssschritt die Nickelschicht per Laserbearbeitung durch die Passivierschicht hindurch gefeuert. Dadurch entstehen ein Kontakt zum Emitter und eine Saatschicht, die anschließend galvanisch verstärkt wird. Die Nickelschicht fungiert beim Laserfeuern als Absorberschicht, die die Laserstrahlung absorbiert und sich dadurch erwärmt. Durch Wärmediffusion wird auch die Passivierschicht erhitzt, sodass sie sich auflöst. In 1d) sind Beispielhaft die Laserstrahlen L zur Bearbeitung sowie die Absorptionsstruktur 5, welche die Zwischenschicht 2 bereits durchdrungen hat, dargestellt. Zusätzlich kann bei dieser Prozesssequenz eine wenige Nanometer dicke Nickelsilizidschicht entstehen, durch die die Haftung und der Kontaktwiderstand zwischen Nickel und Silizium verbessert werden.
Wenn in diesem Ausführungsbeispiel der Laserfeuerschritt mit einer geeigneten Wellenlänge im mittleren Infrarotbereich durchgeführt wird, kann der Laserstrahldurchmesser größer sein, als die LIFT-transferierten Nickelfinger. Laserstrahlung in diesem Wellenlängenbereich wird weder in der Antireflexschicht noch im Silizium absorbiert, sodass Strahlung, die unerwünscht in die Solarzelle eindringt keine Beschädigung bewirkt. Vorteilhaft ist dieser Wellenlängenbereich auch falls die LIFT-transferierte Nickelschicht nicht geschlossen ist. Durch nicht mit Nickel bedeckte Bereiche könnte Strahlung in den Wafer eindringen, was bei Verwendung dieses Wellenlängenbereiches nicht zu einer Beschädigung der Solarzelle führt.
Das Anwendungsbeispiel unterscheidet sich von dem beschriebenen aus DE102009020774 B4 bekannten Verfahren dadurch, dass nach dem LIFT-Transfer das LIFT-Trägersubstrat entfernt wird und in einem weiteren Schritt die transferierte Schicht per Laser durch die dielektrische Schicht gefeuert wird. Dadurch können die beiden Teilschritte unabhängig voneinander optimiert werden. Zwar ist die kleinste erreichbare Strukturgröße beim Strukturerzeugungsschritt mittels LIFT vom Durchmesser des Laserstrahls abhängig, bei Verwendung eines Gaußschen Laserstrahlprofils kommt es aber, wie Versuchsergebnisse zeigen, bei einem optimierten Prozess nur im mittleren Bereich des Profils zu einem Transfer, wodurch tatsächlich eine Linienbreite erreicht wird, die kleiner ist als der Laserstrahldurchmesser. Zudem entsteht ein scharfer Übergang von mit Absorbermaterial beschichteten zu den unbeschichteten Bereichen und die Beschichtung selbst ist sehr homogen. Die Gaußform des Strahlprofils wird also nicht auf das LIFT-Druckbild übertragen und es können feine, homogene und scharf konturierte Strukturen erzeugt werden.
Wenn der Laserstrahl im Bearbeitungsschritt, dem Laserfeuern, deutlich größer ist als der mit dem Absorbermaterial bedeckte Bereich, wird auch bei einem gaußschen Laserstrahlprofil das Absorbermaterial mit einer nahezu konstanten Fluenz bearbeitet. Daher wird die Konturschärfe des bearbeiteten Bereichs von der Konturschärfe der Beschichtung definiert.
Tatsächlich zeigen Forschungsergebnisse, dass der 2-Schritt-Prozess im Gegensatz zum 1-Schritt-Prozess sehr gut für die Kontaktierung von flachen 300 nm tiefen Emittern geeignet ist und dass keine Unschärfe an den Linienrändern entsteht.
Ähnliche Vorteile ergeben sich auch gegenüber der Laserablation der dielektrischen Schichten ohne Absorberschicht. Die für die Laserablation typische inhomogene Bearbeitung wird wie beschrieben beim LIFT-basierten 2-Schritt-Prozess vermieden. Zudem wird die vom Laser an die Absorberstruktur abgegebene Energie primär an die zu entfernende Passivierschicht abgegeben, sodass im Vergleich zur Laserablation tiefere Bereiche in der Solarzelle kaum beschädigt werden und eine höhere Effizienz der Solarzelle erreicht wird.

Folgende Werte gelten werden bevorzugt für eine Bearbeitung von c-Si Homojunction-Präkursoren, deren Vorderseite unmetallisiert und mit einer ca. 70 nm dicken Siliziumnitrid-Antireflexschicht beschichtet ist und deren Rückseite fertig metallisiert ist, verwendet. Das Absorbermaterial für den LIFT-Prozess ist wie zuvor beschrieben Nickel.

		Werte gemäß 1. Ausführungsbeispiel	Bevorzugtes Intervall 1	Bevorzugtes Intervall 2
Dicke Nickelschicht auf Träger	nm	100	10–1000	20–150
Wellenlänge LIFT (Strukturerzeugungsschritt)	nm	1064	300–3000	350–1100
Fluenz LIFT	J/cm²	0,44	0,01–10	0,1–1
Wellenlänge Laserfeuern (Bearbeitungsschritt)	µm	1064/2000	0,7–11
Fluenz Laserfeuern (1064nm)	J/cm²	0,75	0,05–10	0,1–5
Fluenz Laserfeuern (2000nm)	J/cm²	0,55	0,05–10	0,1–5

2. Metallisierung von Silizium-Heterojunction Solarzellen
In einem zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Metallisierung einer Silizium-Heterojunction-Solarzelle. Die Solarzelle weist einen Siliziumwafer 1 auf, welcher an der Vorderseite mit einer amorphen Siliziumschicht (a-Si-Schicht) 6 beschichtet ist. Auf der a-Si-Schicht ist eine elektrisch leitfähige, transparente TCO-Schicht (transparent conductive oxide), vorliegend eine ITO-Schicht (indium tin oxide) 7 aufgebracht. Dies entspricht an sich bekannten Verfahrensschritten zur Herstellung einer Heterojunction-Solarzelle. Auf die TCO-Schicht 7 wird eine wenige Nanometer dicke, transparente, elektrisch nicht-leitende Isolierschicht 8 aufgebracht, vorliegend eine 15 nm dicke Aluminiumoxidschicht. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird in einem Strukturerzeugungsschritt mittels eines LIFT-Verfahrens Nickel 4 von einem Materialträger 3 auf die Oberfläche, vorliegend auf die Isolierschicht 8 mittels Laserstrahlung L zur Ausbildung der Absorptionsstruktur 5 (ein Metallisierungsgitter) übertragen. Dies ist in 2a) dargestellt.
Anschließend wird in einem Bearbeitungsschritt die Nickelschicht per Laserbearbeitung durch die Isolierschicht 8 gefeuert, sodass ein Kontakt zur TCO-Schicht und eine Saatschicht für die anschließende galvanische Verstärkung entstehen. Die Wellenlänge des Lasers sollte im Infrarot-Bereich so gewählt sein, dass die Laserstrahlung sowohl in der TCO-Schicht und der Isolierschicht 8 als auch in der a-Si-Schicht und im kristallinen Siliziumwafer möglichst wenig absorbiert wird. Auf diese Weise wird die Laserenergie wie im vorherigen Beispiel beschrieben primär auf die oberste Schicht, also die Isolierschicht 8, übertragen und die empfindliche a-Si-Schicht wird nicht beschädigt. Für die Vermeidung von Ghostplating ist es wichtig, dass die Isolierschicht 8 möglichst platingresistent ist. Versuche zeigen, dass ALD-Al₂O₃ hierfür besonders geeignet ist.
Folgende Werte gelten für eine Bearbeitung von Silizium-Heterojunction-Präkursoren, deren Vorderseite mit einer TCO-Schicht beschichtet und unmetallisiert ist und deren Rückseite fertig metallisiert ist. Das Absorbermaterial für den LIFT-Prozess ist Nickel.

Die Vorderseite wird zunächst mit Al₂O₃ als Isolierschicht beschichtet.

		Werte gemäß 2. Ausführungsbeispiel	Bevorzugtes Intervall 1	Bevorzugtes Intervall 2
Dicke Al₂O₃-Schicht	nm	15	1–100	3 bis 25
Dicke Nickelschicht auf Träger	nm	100	10–1000	20–150
Wellenlänge LIFT (Strukturerzeugungsschritt)	nm	1064	300–3000	350–1100
Fluenz LIFT	J/cm²	0,44	0,01–10	0,1–1
Wellenlänge Laserfeuern (Bearbeitungsschritt)	µm	1064	0,7–11
Fluenz Laserfeuern (1064nm)	J/cm²	0,5	0–2	0–1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10046170 A1 [0003]
DE 102009020774 B4 [0003, 0069, 0073]
US 4970196 [0024]

Claims

Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit zumindest einer Halbleiterschicht, w obei in einem Bearbeitungsschritt das Halbleiterbauelement mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bearbeitungsschritt in einem Strukturerzeugungsschritt eine Absorptionsstruktur auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes aufgebracht wird, welche die Oberfläche nur teilweise bedeckt, dass nach Aufbringen der Absorptionsstruktur in dem Bearbeitungsschritt die Absorptionsstruktur zumindest teilweise mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, wobei Absorptionsmaterial für die Absorptionsstruktur und Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich verwendet wird, so dass für das Material der Halbleiterschicht die Absorption der Laserstrahlung um zumindest einen Faktor 10 geringer ist als im Material der Absorptionsstruktur und dass die Bearbeitung jedes Teilbereiches der Absorptionsstruktur in dem Bearbeitungsschritt zumindest 1 ms nach Aufbringen dieses Teilbereiches in dem Strukturerzeugungsschritt erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsschritt zumindest 1 ms, bevorzugt zumindest 10 ms nach dem Strukturerzeugungsschritt erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsstruktur zumindest 0,1%, insbesondere zumindest 0,5% der Oberfläche des Halbleiterbauelementes bedeckend in dem Strukturerzeugungsschritt ausgebildet wird, insbesondere, dass die Absorptionsstruktur im Bereich 0,1% bis 90%, insbesondere 0,5% bis 80% der Oberfläche der Halbleiterschicht bedeckend in dem Strukturerzeugungsschritt ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Absorptionsstruktur mittels eines nicht Laser-basierten Verfahrens erfolgt, insbesondere mittels eines Verfahrens aus der Gruppe Siebdruck, Tampondruck, Inkjetdruck, Maskierungsverfahren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strukturerzeugungsschritt Absorptionsmaterial von einem Materialträger auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes mittels Laserstrahlung zur Ausbildung der Absorptionsstruktur übertragen wird und dass der Bearbeitungsschritt nach Entfernen des Materialträgers erfolgt, insbesondere, dass der Strukturerzeugungsschritt einen LIFT-Prozess aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich Strukturerzeugungsschritt und Bearbeitungsschritt in zumindest einem der Parameter – Fluenz der Laserstrahlung; – Wellenlänge der Laserstrahlung; – Pulsenergie der Laserstrahlung; – Pulsdauer der Laserstrahlung; – Strahlprofil der Laserstrahlung unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsstruktur mit einer Flächenbedeckung von zumindest 10 mm² der Oberfläche des Halbleiterbauelementes in dem Strukturerzeugungsschritt ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strukturerzeugungsschritt die Absorptionsstruktur auf eine zwischen Absorptionsstruktur und Halbleiterschicht angeordnete Zwischenschicht aufgebracht wird und dass Material für die Zwischenschicht und in dem Bearbeitungsschritt Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich verwendet wird, für welche das Material der Zwischenschicht eine um einen Faktor 10, insbesondere um einen Faktor 100, bevorzugt um einen Faktor 1000 kleinere Absorption gegenüber dem Material der Absorptionsstruktur aufweist, insbesondere, dass die Absorptionsstruktur auf ein zwischen Absorptionsstruktur und Halbleiterschicht angeordnetes Schichtsystem aufgebracht wird und dass in dem Bearbeitungsschritt Materialien für alle Zwischenschichten und in dem Bearbeitungsschritt Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich verwendet wird, für welche die Materialien aller Zwischenschichten eine um einen Faktor 10, insbesondere um einen Faktor 100, bevorzugt um einen Faktor 1000 kleinere Absorption gegenüber dem Material der Absorptionsstruktur aufweisen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement mehrere Halbleiterschichten aufweist und dass in dem Bearbeitungsschritt Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich verwendet wird, so dass die Absorption in allen Halbleiterschichten um einen Faktor 10, insbesondere um einen Faktor 100, bevorzugt um einen Faktor 1000 kleiner ist als die Absorption im Material der Absorptionsstruktur.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bearbeitungsschritt die durch den Laser beaufschlagte Oberfläche sich über die Fläche der Absorptionsstruktur hinaus erstreckt, insbesondere, dass sich die durch den Laser beaufschlagte Oberfläche an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten über die Fläche der Absorptionsstruktur hinaus erstreckt, vorzugsweise, dass in dem Bearbeitungsschritt zumindest 1%, vorzugsweise zumindest 10%, insbesondere zumindest 50% der Oberfläche des Halbleiterbauelementes gleichzeitig mit Laserstrahlung beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Verfahrens eine metallische, elektrische Kontaktierung der Halbleiterschicht ausgebildet wird, insbesondere, dass die Absorptionsstruktur Metall aufweisend ausgebildet wird, vorzugsweise, dass nach dem Bearbeitungsschritt eine Verstärkung der metallischen Kontaktierung, insbesondere eine galvanische Verstärkung durchgeführt wird, vorzugsweise, dass zwischen Absorptionsstruktur und Halbleiterschicht zumindest eine elektrisch isolierende Zwischenschicht angeordnet wird und in dem Bearbeitungsschritt das Material der Absorptionsstruktur die Zwischenschicht durchdringt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht eine amorphe Silizium-Schicht ist, insbesondere, dass die Halbleiterschicht auf einem Siliziumsubstrat angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsstruktur silzidbildende Metalle enthält, insbesondere eines oder mehrere Metalle aus der Gruppe Nickel, Cobalt, Titan, Wolfram, enthaltend ausgebildet wird und in dem Bearbeitungsschritt ein Metall-Silizid ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsstruktur zumindest einen Dotierstoff, insbesondere einen Dotierstoff des p-Typs oder n-Typs enthaltend ausgebildet wird und in dem Bearbeitungsschritt die Halbleiterschicht mittels des Absorptionsmaterials dotiert wird, insbesondere lokal dotiert wird.
Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit mindestens einer Halbleiterschicht, mit einer Strukturerzeugungseinheit zum Aufbringen einer Absorptionsstruktur auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes, welche die Oberfläche nur teilweise bedeckt und einer Bearbeitungseinheit, welche zumindest eine Laserquelle zum Beaufschlagen der Absorptionsstruktur mit Laserstrahlung aufweist, insbesondere, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet ist.