DE2262207A1 - Verfahren zur herstellung von siliciumhalbleitervorrichtungen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von siliciumhalbleitervorrichtungen

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Description

Die Erfindung betrifft Silicium-Halbleitervorrichtungen und insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Aufbringung eines Lötmittelüberzugs auf die elektrischen Kontaktoberflächen einer Silicium-Solarzelle,
Einer der End-Herstellungsprozesse,der für die Herstellung von Silicium-Solarzellen angewendet wird, ist die Aufbringung eines dünnen Überzugs eines Lötmittels auf die elektrischen Kontaktoberflächen. Dieser Lötmittelüberzug gewährleistet einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Solarzelle und dem äußeren elektrischen Stromkreis. Er ergibt auch die Feuchtigkeit-sbeständigkeit für die metallischen Kontakte der Zelle,
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Der Lötmittelüberzug wird derzeit in der Weise hergestellt, daß die Solarzelle in ein hochgereinigtes geschmolzenes Lötmittelbad eingetaucht wird* diese daraus entnommen wird und sodann das überschüssige Lötmittel abgewischt wird. Dieser Prozess muß von Hand durchgeführt werden und ist extrem aufwendig und zeitraubend. Ferner kann bei diesem bekannten Verfahren die Stärke des Lötmittels nicht genau kontrolliert oder rasch gemessen werden. Jeder Hersteller von Solarzellen nimmt diese Operation in geringfügig verschiedener Weise vor.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun die oben beschriebenen Nachteile des Stands der Technik überwunden, indem das Lötmittel auf die elektrische Kontaktoberfläche der Siliciumzellen elektroplattiert wird. Dieser Elektroplattierungsprozess gestattet es, eine große Anzahl von Zellen gleichzeitig unter Erzielung einer genau bestimmbaren Stärke des Lötmittels zu beschichten.
Obgleich die Elektroplattierung von Lötmitteln auf viele Oberflächen bekannt ist, ist bislang die Technik der Elektroplattierung von Lötmitteln auf Silicium-Einrichtungen noch nicht erfolgreich versucht oder angewendet worden, Angeeichts der Mangel der bekannten Tauchbeschichtungs-Methoden und den Vorteilen, die dem Elektroplattierungsprozess eigen sind* scheint es auf den ersten Blick ziemlich ungewöhnlich, daß die Elektroplattierung bislang noch nicht zur Lötmitte!beschichtung von elektrischen Kontaktoberflächen von Siliciumeinrichtungen, insbesondere von SiIicium-SolarzeIlen angewendet worden 4-st. Das bei dem Lötmittel-Beschichtungsprozess verwendete Elektroplattierungsbad ist aber eine Fluoridlösung und es 1st gut bekannt, daß bestimmte Fluoridlösungen dazu verwendet werden, um Teile einer Siliciumoberfläche anzuätzen.
Das Elektroplattierungsverfahren aum Aufschichten einer Zinn/ Blei-Lötmittels auf die Oberfläche und die Verwendung eines
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Lötmittels auf Silicium gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt beispielsweise folgendermaßen: vor und nach dem Plattieren werden die Spannungsstromeigenschaften der Zellen gemessen. Jede Zelle wird zunächst durch eine leichte Waschung gereinigt, woran sich eine Spülung und eine Cyanid-Tauchung, gefolgt von einer weiteren Spülung, anschließt. Die zum Plattieren der Zellen verwendete Elektrolytlösung war eine "Meaker solder plating process solution" des bekannten Typs. Als Anode wurde eine 6o/4o Zinn/Blei-Legierung verwendet. Andere herkömmliche Lötmittel-Plattierungsprozesslösungen verwenden ein geeignetes Gemisch der Blei- und Zinnfluorboratlösung, die von F.A. Lowenheim, "Modern Elektroplating", John Wylie & Sons, Second Edition, beschrieben wird. Eine typische Zusammensetzung der Bleifluorboratlösung ist wie folgt;
Blei 12o - l4o g/l
Fluorborsäure Jo - 60 g/l überschüssige ,, pfi /, Borsäure i;> - ^o g/± tierischer Leim o,2 g/l
Die obigen Stoffe werden in Wasser aufgelöst. Die Sn/Pb-Plattierungslösung zur Herstellung der Sn/Pb-Legierungsplattierung ist ehemisch die gleiche wie die Bleilösung mit Zugabe von Zinnfluorborat. Die geeigneten Mengen des Zinnfluorborat-Konzentrats können zu der Bleilösung gegeben werden, um die gewünschte Zinnkonzentration zu erhalten. So ist beispielsweise eine typische Badzusammensetzung wie folgt: 25 g/l Zinn, 225 g/l Blei, 4o g/l freie Fluorborsäure, 1 g/l LeIm5 2*5 amp/dm Als Ergebnis wird eine Abscheidung aus 4 % Zinn und 96 % Blei erhalten. Bei der Verwendung von 60,5 g/l Zinn, 26,7 g/l Blei* 48 g/l freie Fluorborsäure, 5,lg/l Pepton, 5*5 amp/dm wird andererseits eine Abscheidung von 6j5 % Zinn und 27 % Blei erhalten. Die "Meaker solder plating process" Lösung^ die in den Beispielen hierin verwendet wurde,-geht dem Grunde nach
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von einem ähnlichen Fluorborsäure-System aus. Sie enthält möglicherweise noch einige Zusatzstoffe (von tierischem Leim verschieden), um die Plattierungsqualität zu verbessern.
Das Fluorborat-Bad für die Sn/Pb-Lötmittelplattierung könnte durch Sulfamatlösungen ersetzt werden, doch ergibt die Fluorboratlösung eine viel bessere Qualität und eine feiner gekörnte Abscheidung als die Sulfamatlösungen.
Eine Zinn/Nickel-Legierungsplattierung kann anstelle der Sn/Pb-Legierungsplattierung verwendet werden. Ein Beispiel der ersteren wird in 39th Annual Edition of Metal Finishing, 1971, beschrieben. Es wird ein Fluorld-Bad wie beim Sn/Pb-Plattierungsbad verwendet.
Die Legierungsanoden, die für die Pb/Sn-Lötmittelplattierung verwendet werden, haben ungefähr die gleiche Zusammensetzung wie der angestrebte Niederschlag. Im Falle der Zinn/Nickel-Legierungsplattierung werden Nickelanoden verwendet und der Zinngehalt wird durch Zugaben zu dem Plattierungsbad aufrechterhalten. Es können aber auch getrennte Zinn- und Nickelanoden verwendet werden, die durch die gleiche .Sammelschiene verbunden sind.
Um die Kathode für das Elektroplattierungs- bzw. Galvanisierungsverfahren zu ergeben, wird während des Herstellungsverfahrens der Silicium-Solarzelle ein extrem dünner leitfähiger Überzug aus einem verdampften Titan- oder Chromfilm mit einer verdampften oder plattierten Gold- oder Silberschicht auf bestimmte Stellen der Oberfläche der Solarzelle aufgebracht. Diese dünne leitende Schicht dient als Kathode, auf welcher sich das elektroplattierte Lötmittel abscheidet.
Mehrere der erfindungsgemäß hergestellten Zellen erhielten einen Nickel-Niederschlag, bevor sie mit dem Lötmittel plattiert wurden. Der Nickel-Niederschlag wurde in einer Elektrolytlösung
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mit dem Warenzeichen "Sei Rex Electro Nie Ioo3" hergestellt Fünf Testzellen wurden wie folgt plattiert:
(1) 5,o8/u Sn/Pb
(2) 5,o8,u Sn/Pb
(3) lo, 16/u Sn/Pb
(4) Nickel-Niederschlag + 5,o8/U Sn/Pb
(5) Nickel-Niederschlag.+ 12,7o/U Ni-Plattierung +
5,o8 ,u Sn/Pb
Sämtliche dieser Zellen zeigten die gleichen Spannungseigenschaften nach dem Plattieren wie bevor, mit Ausnahme der 5· Testzelle, die durch Kurzschluß ausschied. Die Plattierungszeit für die Sn/Pb-Plattierungen waren im Durchschnitt 6 Minuten, wobei etwa 5 Minuten für den Nickel-Niederschlag erforderlich waren. Bei dieser Geschwindigkeit scheint es, daß die gleiche Anzahl von Zellen, die derzeit etwa J5oo Personen Arbeitstage erfordern, um mit einem Lötmittel elektroplattiert zu werden, nunmehr in etwa β Personen Arbeitstagen elektroplattiert werden können.
- Patentansprüche -
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Claims (7)

  1. Patentansprüche
    (l/ Verfahren zur Herstellung von Silicium-Halbleitereinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß man einen LötmittelUberzug direkt auf die elektrischen Kon-, taktoberflächen der Siliciumeinrichtungen elektroplattiert bzw. galvanisch aufbringt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lötmittel ein Sn/Pb-Lötmittel verwendet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektroplattierung in der Weise vornimmt, daß man die Einrichtungen in ein Fluorborat-Elektroplattierungsbad zusammen mit einer Sn/Pb-Legierungsanode einbringt und daß man an die Anode und die Einrichtungen eine Spannungsdifferenz anlegt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorborat-Plattierungsbad Blei, Zinn, Fluorborsäure und überschüssige Borsäure enthält.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k en η zeichnet, daß man als Lötmittel ein Sn/Ni-Lötmittel verwendet.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung von Silicium-Halbleitereinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß man direkt auf die elektrischen Kontaktoberflächen der Einrichtungen einen Nickel-Niederschlag elektroplattiert bzw. galvanisch aufbringt und daß man direkt auf den Nickel-Nieder-
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    schlag ein Lötmittel elektroplattiert bzw. galvanisch aufbringt. . ·
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektroplattierung eines Lötmittels in der Weise vornimmt,, daß man die Einrichtungen in ein Fluorborat-Plattierungsbad, welches Blei, Zinn, Fluorborsäure und überschüssige Borsäure enthält, zusammen mit einer Sn/Pb-Legierungsanode einbringt und daß man zwischen die Anode und der Einrichtung eine Spannungsdifferenz anlegt.
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