DE3139069A1

DE3139069A1 - Verfahren zum herstellen von strukturierten schichten auf der oberflaeche eines halbleiterkoerpers

Info

Publication number: DE3139069A1
Application number: DE19813139069
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 7107 Bad Friedrichshall Flödl
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-10-01
Filing date: 1981-10-01
Publication date: 1983-04-14

Description

Verfahren zum Herstellen von strukturierten Schichten auf
der Oberfläche eines Halbleiterkörpers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von strukturierten Schichten auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers, bei dem auf die Halbleiteroberfläche eine Maske aufgebracht, danach die Halbleiteroberfläche mit einer Schicht bedeckt wird und schließlich die Maske zusammen mit den darauf befindlichen Teilen der Schicht wieder entfernt wird.
Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Photolackschicht auf die Oberfläche eines Halbleiterkörpers aufgebracht wird. Diese Photolackschicht wird mit Hilfe der bekannten photolithographischen Belichtungs- und Entwicklungstechnik strukturiert. Sodann wird auf die Halbleiteroberfläche beispielsweise eine Metallschicht aufgebracht, die in den Öffnungen der Photolackschicht auf der Halbleiteroberfläche gut haftet. Die auf der Photolackschicht befindlichen Teile der Metallschicht werden zusammen mit der Photolackschicht in einem chemischen Lösungsmittel wieder abgetragen.
Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß ein aufwendiger Belichtungs- und Entwicklungsprozeß notwendig ist und daß die entwickelte Photolackschicht in einem aggressiven Lösungsmittel zusammen mit den darauf befindlichen Teilen der Metallschicht wieder entfernt werden muß.
Ferner ist beispielsweise bei der Herstellung von Siliziumsolarzellen ein Verfahren bekannt, bei dem eine Negativ-Metallmaske auf die Halbleiterscheibe aufgelegt und die Leitbahnstruktur für die Solarzelle durch diese Maske hindurch auf die Halbleiteroerfläche aufgedampft wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Masken für den Aufdampfvorgang an der Halbleiteroberfläche befestigt werden müssen. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe von Magneten, die auf der Rückseite der Halbleiterscheibe angeordnet werden, so daß durch das Halbleitermaterial hindurch ein Magnetschluß zustande kommt. Diese Magnete müssen mit in den Aufdampfraum eingebracht werden und nehmen dort einen erheblichen Raumbedarf in Anspruch. Außerdem stört das große Gewicht der Magnete. Dieses Verfahren macht es erforderlich, daß das Maskenmaterial aus ferromagnetischem Stoff besteht. Die Masken selbst sind nur begrenzt wiederverwendbar, da die schmalen Maskenöffnungen nach wenigen Aufdampfprozessen zugewachsen sind. Durch die Negativ-Metallmasken ist auch der Gestaltungsspielraum für die Leitbahnstrukturen begrenzt. Daher verlaufen bei Siliziumsolarzellen die stromabführenden Leitbahnen im wesentlichen parallel zueinander, während zusätzliche Querleitbahnen technisch nicht realisiert werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von strukturierten Schichten auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers anzugeben, das sehr einfach und kostengünstig ist. Der Gestaltungsspielraum für Leitbahnstrukturen soll gegenüber den Möglichkeiten bei der Verwendung von Negativ-Metallmasken erweitert werden. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aufgebrachte Schicht im wesentlichen aus Kohlenstoff besteht.
Die genannte Schicht besteht vorzugsweise aus amorphem, auf der Halbleiteroberfläche schlecht haftendem Kohlenstoff, der daher auch wieder leicht entfernt werden kann. Die Kohlenstoffschicht läßt sich einerseits leicht herstellen, beispielsweise durch die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, und kann zum anderen leicht abgeblasen oder abgewaschen werden. So hat sich gezeigt, daß die Kohlenstoffschicht mit Druckluft abgeblasen werden kann. Die Kohlenstoffschicht läßt sich sehr vorteilhaft auch im Aceton-Ultraschallbad entfernen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Leitbahnsysteme von Solarzellen oder anderen Halbleiterbauelementen in Aufdampfanlagen aufgebracht, wobei die früher erforderliche Halterung der Masken mit Hilfe von Magneten entfällt, da nunmehr die auf der Halbleiteroberfläche befindliche Rußschicht als Negativ-Maske dient.
Die Rußschicht-Maske selbst wird unter Verwendung einer Positiv-Metallmaske hergestellt. Diese Positiv-Metallmaske wird vorzugsweise durch Ätzen erzeugt. Da diese Maske mit der herzustellenden Leitbahnstruktur übereinstimmt, ist die Gestaltungsfreiheit nunmehr erheblich erweitert.
Durch die zusammenhängende Leitbahngeometrie sind beispielsweise auch gitterförmige Strukturen realisierbar.
Da die Rußschicht auf der Positiv-Maske ebenfalls schlecht haftet, kann die Positiv-Maske nach einer kurzen Säuberung nahezu unbegrenzt wiederverwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Solarzellen, die aus einkristallinem oder polykristallinem Silizium oder aus anderen Halbl#eitermaterialien bestehen.
Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll nachstehend noch anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
Die Schnittdarstellungen in den Figuren la bis le zeigen verschiedene Fertigungsstadien zur Vorderseiten-Kontaktierung einer Solarzelle.
In Figur 2 ist in einer perspektivischen Anschicht die Solarzelle in dem Fertigungsstadium dargestellt, wo eine Oberflächenseite des Halbleiterkörpers mit einer Metallmaske und einer Rußschicht bedeckt ist.
Gemäß Figur la wird eine Halbleiterscheibe 1, die beispielsweise aus polykristallinem Silizium besteht und einen p/n-Übergang 8 enthält, mit ihrem Rückseiten-Kontakt 9 auf eine Magnetplatte 2 aufgelegt. Auf die Vorderseite der Halbleiterscheibe 1 wird eine Positiv-Metallmaske 3 aufgelegt, die der herzustellenden Leitbahnstruktur entspricht. Der herzustellende Vorderseitenkontakt soll eine optimale Stromabführung ermöglichen und gleichzeitig einen möglichst geringen Teil der für den Lichteinfall vorgesehenen Oberflächenseite der Halbleiterscheibe bedecken. Diese Positiv-Metallmaske 3 besteht aus ferromagnetischem Material, so daß sie durch das von der Magnetplatte 2 ausgehende Magnetfeld gegen die Halbleiteroberfläche gepresst wird.
Nach Figur lb wird die mit der Positiv-Metallmaske 3 versehene Oberflächenseite der Halbleiteranordnung mit einer Schicht 4 bedeckt, die im wesentlichen aus amorphem Kohlenstoff und damit aus Ruß besteht. Diese Schicht 4 wird beispielsweise dadurch gewonnen, daß unter Rußerzeugung kohlenwasserstoffhaltige Stoffe verbrannt werden. Hierfür eignet sich z. B. die Verbrennung von Benzol. Die Rußschicht hat beispielsweise eine Dicke von wenigen um. Nach der Berußung der Halbleiteroberfläche wird der Magnet 2 und die Positiv-Maske 3 von der Halbleiterscheibe 1 entfernt. Dadurch erhält man eine Anordnung gemäß Figur lc, bei der die Halbleiteroberfläche mit einer strukturierten Rußschicht 4 versehen ist, die dort Öffnungen 5 aufweist, wo die Leitbahnen auf der Halbleiteroberfläche verlaufen sollen. Die Rußschicht 4 ist leicht verwischbar, sodaß Berührungen der Halbleiteroberfläche möglichst zu vermeiden sind.
Die Halbleiterscheibe gemäß der Figur lc wird in eine Bedampfungsanlage eingebracht, in der vorzugsweise gleichzeitig Metallschichten auf die mit der Rußschicht bedeckte Oberflächenseite aufgedampft werden. Die Metallschicht 6 gemäß der Figur ld kann aus elementarem Metall, aus Metallegierungen oder aus mehreren Teilschichten bestehen. Für die Herstellung von Siliziumsolarzellen eignet sich beispielsweise Aluminium als Kontaktmaterial für flach eindiffundierte, n-leitende Oberflächenzonen. Diese Aluminiumschicht 6 hat eine Dicke von ca. 1 - 10 um. Die Aluminiumschicht 6 haftet an der Halbleiteroberfläche im Bereich der Öffnungen 5 in der Rußmaske 4 sehr gut, während die restlichen Teile der Metallschicht zusammen mit der sehr schlecht an der Halbleiteroberfläche haftenden Rußschicht wieder entfernt werden. Die Rußschicht kann mit dem darauf befindlichen Metall abgewaschen, abgewischt oder - wie bereits erwähnt - mit Druckluft abgeblasen werden. Besonders leicht läßt sich die Rußschicht im Aceton-Ultraschallbad entfernen. Dabei erhält man eine saubere Halbleiteroberfläche gemäß der Figur le, auf der nur der kamm- oder gitterförmige Vorderseitenkontakt 7 verbleibt. Zur Herstellung des Rückseiten-Kontaktes 9 einer Solarzelle ist die beschriebene Rußmaskierung ebenfalls verwendbar, da dadurch Kurzschlüsse zwischen dem Vorderseiten-Kontakt und dem Rückseiten-Kontakt sicher vermieden werden.
In der Figur 2 ist die Halbleiteranordnung noch im Fertigungsstadium der Figur lb perspektivisch dargestellt. Auf der Halbleiterscheibe 1 befindet sich eine gitterförmige Positiv-Metallmaske 3, deren Form identisch ist mit der herzustellenden Leitbahnstruktur. Im oberen Teil der Darstellung ist noch die Rußschicht 4 gepunktet angedeutet. Die ferromagnetische Metallmaske 3 wird mit Hilfe des Magneten 2 fest gegen die Halbleiteroberfläche gepresst, so daß unerwünschte Verschiebungen der Metallmaske sicher vermieden werden.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Maskierungsprinzips auf großflächige Halbleiterbauelemente anderer Art ist nicht ausgeschlossen. Dies gilt insbesondere für Leistungstransistoren oder andere Leistungsbauelemente mit großflächigen und strukturierten Metallanschluß elektroden. Das Verfahren ist äußerst kostengünstig und eignet sich auch sehr gut für eine vollautomatische Fertigung Ferner können die durch das erfindungsgemäße Maskierungsverfahren hergestellten Metallschichten nicht nur aufgedampft, sondern auch galvanisch oder stromlos oder durch ähnliche Verfahren abgeschieden werden.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Herstellen von strukturierten Schichten auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers (1), bei dem auf die Halbleiteroberfläche eine Maske (3) aufgebracht, danach die-Halbleiteroberfläche mit einer Schicht (4) bedeckt wird und schließlich die Maske zusammen mit den darauf befindlichen Teilen der Schicht wieder entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Schicht (4) im wesentlichen aus Kohlenstoff besteht.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4) im wesentlichen aus amorphem, auf der Halbleiteroberfläche schlecht haftendem Kohlenstoff besteht.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers (1) eine Positiv-Metallmaske (3) aufgelegt wird, daß danach diese Oberflächenseite mit einer im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehenden Schicht (4) bedeckt wird, daß die Metallmaske wieder entfernt wird, daß danach die mit der strukurierten Kohlenstoff-Schicht (4) maskierte Halbleiteroberfläche mit einer Metallschicht (6) bedeckt wird, die an Halbleiteroberfläche fest haftet und von den übrigen Teilen der Oberfläche zusammen mit der schlecht haftenden Kohlenstoff-Schicht (4) wieder entfernt wird.
4) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehende Schicht (4) durch die Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen gewonnen wird.
5) Verwendung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Herstellung von Solarzellen.
6) Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Herstellen des strukturierten Kontaktes auf der Oberfläche einer eine Solarzelle bildenden Halbleiterscheibe aus einkristallinem oder polykristallinem Silizium.
7) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Verbrennung von Kohlewasserstoff-Verbindungen gewonnene, im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehende Rußschicht (4) auf der Halbleiteroberfläche zusammen mit der darauf befindlichen Metallschicht (6) abgeblasen, abgewaschen oder abgewischt wird.
8) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rußschicht (4) in einem Aceton enthaltenden Ultraschallbad entfernt wird.
9) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (6) aus Aluminium besteht.