DE3643898A1 - Verfahren zur bildung eines leitfaehigen musters auf einer halbleiteroberflaeche - Google Patents

Verfahren zur bildung eines leitfaehigen musters auf einer halbleiteroberflaeche

Info

Publication number
DE3643898A1
DE3643898A1 DE19863643898 DE3643898A DE3643898A1 DE 3643898 A1 DE3643898 A1 DE 3643898A1 DE 19863643898 DE19863643898 DE 19863643898 DE 3643898 A DE3643898 A DE 3643898A DE 3643898 A1 DE3643898 A1 DE 3643898A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
metal
laser
heat
plateable
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19863643898
Other languages
English (en)
Inventor
Subhadra Gupta
Patricia Adzija Palaschak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Solar Inc
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of DE3643898A1 publication Critical patent/DE3643898A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/02—Electroplating of selected surface areas
    • C25D5/024—Electroplating of selected surface areas using locally applied electromagnetic radiation, e.g. lasers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/12—Semiconductors
    • C25D7/123—Semiconductors first coated with a seed layer or a conductive layer
    • C25D7/126—Semiconductors first coated with a seed layer or a conductive layer for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/288—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/288—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition
    • H01L21/2885—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition using an external electrical current, i.e. electro-deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

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

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Musters auf einer Halbleiterfläche.
Solarzellen werden gegenwärtig durch ein Verfahren herge­ stellt, das Fotolithographie umfaßt. Bei diesem Verfahren werden Schichten, zuerst aus Titan und dann aus Palladium und schließlich aus Silber durch einen Verdampfungsprozeß auf eine Oberfläche eines dotierten Siliziumplättchens aufgebracht. Das Plättchen wird dann mit einem Fotoresist beschichtet, eine Glasmaske wird über der Fotoresistschicht aufgebracht und die Fotoresistschicht ultraviolettem Licht ausgesetzt. Die Teile des Fotoresistmaterials, die entweder dem Licht ausgesetzt waren oder die dem Licht nicht ausge­ setzt waren, werden dann entfernt, gewöhnlich durch Auf­ lösung in einem Lösungsmittel, und die freigelegten Metall­ schichten weggeätzt. Das verbleibende Fotoresistmaterial wird beseitigt und das Silbermuster dann mit Silber plat­ tiert, um dieses bis zur gewünschten Dicke aufzubauen.
Während dieses Verfahren zufriedenstellende leitende Schalt­ kreismuster auf dem Silizium erzeugt, ist es doch teuer und zeitraubend, wegen der vielen notwendigen Verfahrensschrit­ te. Es würde die Kosten von Solarzellen erheblich reduzieren und deren Nutzanwendung vergrößern, wenn ein Verfahren gefunden werden könnte, um leitende Muster auf einem dotier­ ten Silizium zu bilden, das nicht alle Schritte erfordert, die bei dem fotolithographischen Prozeß notwendig sind.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines derartigen Verfahrens.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs, also durch ein Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Musters auf der Oberfläche eines Halb­ leiters, bestehend aus Aussetzen von Teilen der Oberfläche dem Licht eines Lasers mit einer vorbestimmten Leistungs­ dichte; und Eintauchen der Oberfläche in eine Plattierlösung eines plattierfähigen Metalls, wodurch ein plattierfähiges Metall auf die dem Laserlicht ausgesetzten Teile der Halb­ leiteroberfläche aufplattiert werden.
Es wurde ein Verfahren gefunden, um leitfähige Muster auf dotiertem Silizium zu bilden, zur Anwendung bei der Her­ stellung von Solarzellen, welches Verfahren Fotolithographie nicht umfaßt, noch notwendigerweise selbst die Ablagerung von Titan und Palladiumschichten auf dem Silizium umfaßt. Das bedeutet, daß von den Erfindern recht zufällig ermittelt wurde, das Laserlicht einer ganz bestimmten Leistungsdichte und Wellenlänge eine Siliziumoberfläche in einer solchen Weise aktiviert, daß ein leitfähiges Muster von Silber direkt auf diese Siliziumoberfläche aufgebracht werden kann. Bisher war die direkte Aufbringung von Silber auf die Siliziumoberfläche nicht möglich, weil Silber auf dem Silizium nicht gut haftet. Die Einwirkung von Laserlicht ganz bestimmter Leistungsdichte und Wellenlänge auf die Siliziumoberfläche aktiviert in irgendeiner Weise die belichtete Oberfläche, so daß das Silber an ihr anhaftet.
Die Erfinder waren dadurch in der Lage, die Verwendung von Fotoresist auf der Oberfläche zu beseitigen, wie auch die Ablagerung der Titan- und Palladiumschichten. Es wurde jedoch auch gefunden, daß Laserlicht von verschiedenen Leistungsdichten die Titan- und Palladiumschichten auch aktiviert, so daß das Silber nur an diesen Teilen des Titans oder Palladiums anhaftet, die dem Laserlicht ausgesetzt worden sind. Somit ist es auch möglich, auf einer Schicht von Titan einen leitfähigen Schaltkreis zu bilden, welche Schicht auf dem Silizium aufgebracht wurde, oder eine leitende Schicht auf einer Schicht aus Palladium über der Schicht des Titans auf dem Siliziumplättchen aufzubringen.
Durch Beseitigung des Verfahrensschrittes der Fotolitho­ grafie wie auch der Aufbringung der Titan- und Palladium­ schichten wird es möglich, eine Solarzelle durch ein Ver­ fahren zu bilden, das viel weniger zeitraubend und weniger aufwendig ist, als das bisherige fotolithografische Ver­ fahren. Selbst dann, wenn Titan- und Palladiumschichten benutzt werden, ist der erfindungsgemäße Prozeß immer noch weniger kostenaufwendig und weniger zeitraubend als das fotolithografische Verfahren, weil die Aufbringung des Fotoresist-Materials und dessen Entfernung beseitigt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:
Fig. 1, 2 und 3 isometrische Ansichten, teilweise im Schnitt, zur Erläuterung von drei Ausführungsformen von Solar­ zellen;
Fig. 4 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen Strom und Spannung in einer Solarzelle, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 besitzt ein Silizium­ plättchen 1 einen Teil 2, der negativ (oder positiv) dotiert ist, und einen anderen Teil 3 von entgegengesetzter Do­ tierung. Ein plattierbares Metall 4, wie beispielsweise Silber, ist direkt auf die Teile 5 des Siliziumplättchens 1 aufgebracht, die Laserlicht ausgesetzt waren, wodurch ein Schaltkreismuster 6 auf der Oberfläche des Siliziumplätt­ chens 1 gebildet wird; eine anti-reflektive Beschichtung 7 ist über dem Rest der Oberfläche aufgebracht.
Die Ausführungsform der Fig. 2 ist identisch mit der Fig. 1 mit Ausnahme, daß eine sehr dünne Schicht 8 aus einem wärme­ festen Metall oder einem Edelmetall auf die Oberfläche des Siliziumplättchens 1 aufgebracht ist, und eine Schicht 9 aus einem plattierbaren Metall über diese Teile 10 der Schicht 8 aus wärmefestem Metall oder Edelmetall aufgebracht ist, die dem Laserlicht ausgesetzt waren, wodurch ein Schaltkreis­ muster 11 gebildet wird; wonach eine anti-reflektive Be­ schichtung 12 zwischen dem Schaltkreismuster 11 aufgebracht wird.
Die Ausführungsform der Fig. 3 ist identisch zu der von Fig. 2, mit der Ausnahme, daß eine Schicht 13 aus Edelmetall über der wärmefesten Metallschicht 8 aufgebracht ist. Auf die Teile 14 der Edelmetallschicht 13, die Laserlicht ausgesetzt waren, wird ein plattierbares Metall 15 auf­ gebracht, wodurch das Schaltkreismuster 16 gebildet wird. Eine anti-reflektive Beschichtung 17 füllt die Räume in dem Schaltkreismuster.
Das Verfahren gemäß dieser Erfindung kann auf jedes Halb­ leitermaterial angewendet werden, wie beispielsweise auf Silizium, Germanium, und Galliumarsenid. Silizium ist das vorzugsweise halbleitende Material, weil gefunden wurde, daß dieses erfindungsgemäße Verfahren bei Silizium sehr gut arbeitet. Das Silizium sollte ein Einkristallsilizium sein, jedoch kann es durch eine Vielzahl von Verfahren gebildet sein, einschließlich dem Czochralski-Verfahren, dem Flo­ tationszonen-Verfahren, oder dem dendritischen Gewebe- Verfahren. Das Silizium kann mit verschiedenen p- und n-artigen Dotierungsmitteln dotiert sein, einschließlich Bor, Phosphor, Stickstoff, usw. Das halbleitende Material kann dazu jede Oberflächenkonfiguration besitzen, ein­ schließlich flach oder gekrümmt, wie auch irgendeine Größe oder Form, solange nur die Flächen, auf denen das leitende Muster gebildet werden soll, dem Laserlicht ausgesetzt werden können.
Bei einem bevorzugten Prozeß gemäß der Erfindung wird das leitfähige Muster aus dem plattierbaren Metall direkt auf dem Silizium gebildet. Jedoch mag es unter gewissen Um­ ständen wünschenswert sein, eine Schicht aus einem wärme­ festen oder hochschmelzenden Metall, eine Schicht aus Edelmetall, oder eine Schicht aus einem hochschmelzenden Metall gefolgt von einer Schicht aus Edelmetall auf dem Halbleitermaterial zu bilden, bevor das leitfähige Muster mit dem plattierbaren Metall gebildet wird, was die Haftung des plattierbaren Metalls auf dem Halbleitermaterial ver­ größert. Diese Schichten aus wärmefestem Metall oder aus wärmefestem Metall und Edelmetall sind vorzugsweise nicht vorhanden, da sie die Kosten der Bildung der Solarzelle erhöhen, und es scheint ihre Verwendung - zumindest zur gegenwärtigen Zeit - von keinem erheblichen Vorteil zu sein.
Die Schicht des wärmefesten Metalls dient jedoch dem Zweck, als eine Diffusionsbarriere zu wirken, und es kann wün­ schenswert sein, dort, wo die Solarzelle Temperaturen ausgesetzt wird, die eine Diffusion des plattierbaren Metalls in das Halbleitermaterial verursachen könnte, diese Barriere vorzusehen. Zwar ist jedes wärmefestes Metall, einschließlich Titan, Tantal und Wolfram, verwendbar, um die Diffusionsbarriere zu bilden, jedoch wird Titan vorgezogen, da es eine starke Affinität zu Sauerstoff besitzt und daher sich gut an der Siliziumoberfläche bindet, selbst wenn die Siliziumoberfläche auf sich eine Siliziumdioxidschicht besitzt. Die Schicht des wärmefesten Metalls wird vorzugs­ weise durch Verdampfung des wärmefesten Metalls und seine nachfolgende Kondensation auf dem Halbleitermaterial ge­ bildet, jedoch könnte es auch durch Aufsprühen oder mittels anderer Verfahren gebildet sein. Eine Dicke von etwa 300 bis zu etwa 1500 Angström wird vorgezogen, weil dünnere Schich­ ten zu einer ungleichförmigen Bedeckung führen und dickere Schichten nicht notwendig sind.
Zwar kann das plattierbare Metall direkt über der wärme­ festen Schicht aufgebracht werden, nachdem Teile von ihr dem Laser ausgesetzt wurden, in einigen Fällen mag es aber wünschenswert sein, einen galvanischen Puffer zwischen der Diffusionsbarriere und dem plattierbaren Metall vorzusehen, um eine Korrosion zwischen den Metallschichten aufgrund von Differenzen in ihren Potentialen in der elektromotorischen Serie zu verhindern. Der galvanische Puffer kann gebildet werden aus einem Edelmetall, wie beispielsweise Gold, Platin, Palladium, Ruthenium oder Rhodium, aber es wird vorgezogen, diese aus Palladium zu bilden, weil plattierbare Metalle, wie beispielsweise Silber, an Palladium gut an­ haften. Die Schicht des Edelmetalls, das den galvanischen Puffer bildet, wird vorzugsweise durch Verdampfung gebildet, jedoch kann sie auch durch andere Techniken wie Aufsprühen gebildet sein. Die Dicke der Edelmetallschicht ist vor­ zugsweise 300 bis 1500 Angström, weil dünnere Schichten die Schicht aus wärmefestem Metall nicht gleichförmig abdecken könnte, und weil dickere Schichten nicht notwendig sind, keinen zusätzlichen Vorteil bieten und nur die Kosten des Produkts erhöhen.
Bei dem nächsten Verfahrensschritt des Prozesses gemäß der Erfindung werden Teile der Oberfläche des halbleitenden Materials (oder der des wärmefesten Metalls, wenn wärme­ festes Metall die oberste Schicht ist, oder des Edelmetalls, wenn das Edelmetall die oberste Schicht bildet) dem Laser­ licht ausgesetzt. Das plattierbare Metall wird vorzugsweise nur auf den Teilen der Metalloberfläche anhaften, die dem Laserlicht ausgesetzt worden sind. Weil ein Laser benutzt wird, ist keine Maske erforderlich, und daß Schaltkreis­ muster kann entweder durch Bewegen des Laserlichtes über der Oberfläche oder durch Bewegung der Oberfläche unter dem Laserlicht gebildet werden. Es ist vorzuziehen, das Laser­ licht zu bewegen, da der Laserstrahl schneller beweglich ist und leichter und genauer elektronisch gesteuert werden kann. Wenn keine Schicht aus wärmefestem Metall oder Edelmetall vorhanden ist, sollte das Laserlicht eine Leistungsdichte von 3,9×105 bis 6,4×105 Joule/cm2 und eine Wellenlänge von etwa 5000 Angström besitzen. Es wurde experimentell gefunden, daß die Verwendung von geringeren Leistungsdichten die Oberfläche des Halbleitermaterials nicht ausreichend aktiviert, so daß das plattierbare Metall dann nicht mehr ausreichend anhaftet. Wenn Leistungsdichten von mehr als 6,4 ×105 Watt/cm2 benutzt werden, ist die Auflösung schlecht und die Qualität der Solarzelle kann durch laserinduzierte Zerstörung des Halbleitermaterials verschlechtert werden.
Wenn ein wärmefestes Metall auf das Halbleitermaterial aufgebracht wird, oder sowohl ein wärmefestes Metall und ein Edelmetall über dem wärmefesten Metall auf das Halbleiter­ material aufgebracht sind, oder wenn das Edelmetall direkt auf das Halbleitermaterial aufgebracht ist, sollte das Laserlicht eine Wellenlänge von etwa 5000 Angström und eine Leistungsdichte von etwa 4,3×105 bis 7,6×105 Watt/cm2 aufweisen. Wenn Wellenlängen außerhalb dieses Bereiches benutzt werden oder größere Leistungsdichten verwendet werden, könnte das plattierbare Metall auch auf unbelichte­ ten wie auf belichteten Teilen der Oberfläche anhaften und die Auflösung wäre schlecht. Wenn geringere Leistungsdichten benutzt werden, wird das plattierbare Metall nicht an den belichteten Teilen anhaften.
In der nächsten Stufe des Prozesses gemäß der Erfindung wird die oberste Schicht der Solarzelle, die das Halbleitermate­ rial selbst sein kann, oder das wärmefeste Metall, oder das Edelmetall, mit einem plattierbaren Metall wie beispiels­ weise Silber, Kupfer oder Gold plattiert. Das vorzugsweise plattierbare Metall ist Silber, weil es ausgezeichnete Leit­ fähigkeit und Anhaftung zeigt. Das Plattieren kann in einer herkömmlichen Weise erfolgen unter Verwendung von elektro­ lysefreier Plattierung oder mittels Elektroplattierung. Elektroplattierung wird vorgezogen, da sich ergeben hat, daß sie sehr gut arbeitet. Die Plattierung sollte fortgesetzt werden, bis die Schicht aus plattierbarem Metall eine Dicke von 2 bis 10 Mikron erreicht hat. Wenn die plattierbare Metallschicht in irgendeiner Weise dünner ist, mag sie nicht in der Lage sein, den Strom gut zu leiten, was zu einem starken Spannungsabfall über der Solarzelle führt. Dicken von mehr als 10 Mikron sind üblicherweise nicht notwendig.
In der nächsten Stufe des Prozesses gemäß dieser Erfindung werden die Schichten aus wärmefestem und/oder Edelmetall, die zwischen dem Schaltkreismuster aus dotierbarem Metall vorhanden sind, entfernt. Dies kann erreicht werden durch Ätzen, wie in der Technik gut bekannt, wobei beispielsweise Aqua Regia (Goldscheidewasser oder Königswasser) benutzt wird.
Wenn zahlreiche Solarzellen auf einem einzigen Plättchen gebildet wurden, ist es notwendig, eine "mesa"-Ätzung durch­ zuführen, die daraus besteht, die Solarzellen auf dem Plätt­ chen durch Wegätzen eines Teils der Schicht des Halbleiter­ materials derart zu trennen, daß die Eigenschaften einer jeden Zelle separat gemessen werden können. Die Zellen werden dann getestet und, wenn gewünscht, eine antireflek­ tive Beschichtung von, beispielsweise, Zinkselenid oder Magnesiumfluorid aufgeschleudert, um den Wirkungsgrad der Solarzelle zu erhöhen. Dies ist ein dem Fachmann wohlbe­ kannter Prozeß.
Die Zellen werden vorzugsweise gesintert, um das Anhaften des Metalls auf dem darunterliegenden Halbleitermaterial zu vergrößern. Die Sinterung wird typischerweise bei Tempe­ raturen von 300 bis 450°C vorgenommen, da tiefere Tempera­ turen unwirksam zu sein scheinen und bei höheren Tempe­ raturen die Metalle in das Halbleitermaterial eindiffun­ dieren können.
Zusätzlich zur Herstellung von Solarzellen kann der erfin­ dungsgemäße Prozeß auch benutzt werden, um Zwischenverbin­ dungsteile für integrierte Schaltkreise kleiner Abmessungen herzustellen, wie auch andere Produkte.
Die Erfindung sei nun anhand des folgenden Beispiels näher erläutert.
Beispiel
Ein Kristallsiliziumplättchen mit einem Durchmesser von 5 cm und einer Dicke von 0,3 mm, hergestellt durch das Flota­ tionszonenverfahren, wurden in 12 Gebiete unterteilt, um Solarzellen mit einer Abmessung von 1 cm×1 cm in jedem Gebiet herzustellen. In diesen Experimenten wurde ein Argon­ ionenlaser mit einem maximalen Ausgang bei einer Wellenlänge von 5145 Angström und einer maximalen Leistung von 18 Watt benutzt, um die Plättchen mit Testmustern zu bestrahlen.
In vorausgehenden Experimenten wurden 1500 Angström Titan, gefolgt durch 500 Angström Palladium auf einige der Sili­ ziumplättchen aufgedampft. Zwölf kammförmige Solarzellen- Metallisierungsmuster wurden auf die Plättchen mittels des Lasers aufgeschrieben, wobei ein Dauerstrich-Argon-Ionen­ laser benutzt wurde, der auf annähernd 50 µm fossiert war, sowie X-Y-Ablenkspiegel, um den Strahl rasterförmig zu bewegen. Jedes Kammuster bestand aus fünf 9 mm langen horizontalen Zähnen, 2 mm Abstand voneinander, verbunden durch eine 9 mm lange vertikale Linie, mit einem 2 mm×1 mm großen Kontaktkissen, zentriert auf der vertikalen Linie. Jede Linie wurde beschrieben unter Verwendung einer einzigen Abtastung mit einer Laserleistung von 7,7 Watt, und mit einer Abtastgeschwindigkeit von 20 cm/sek. Das Kontaktkissen wurde geschrieben mit der gleichen Leistung mit einer Abtastgeschwindigkeit von 0,2 cm/sek und einer Abtastüber­ lappung von 60%. Es waren keine Markierungen entsprechend den Laserabtastungen auf der mit Palladium beschichteten Oberfläche sichtbar, selbst wenn man sie unter einem Hoch­ leistungs-Nomarski-Mikroskop untersuchte. Wenn jedoch das Plättchen in ein Silberzyanidplattierungsbad eintauchte, mit einem angelegten Plattierungsstrom von 10 mA, plattierte sich das bisher unsichtbare Kontaktplättchen sofort auf. Die Linien, die mit höheren Geschwindigkeiten geschrieben worden waren, brauchten viel länger, um zu plattieren.
Eine Untersuchung der plattierten Dicke als eine Funktion der Laserleistung wurde an dem gleichen Plättchen durch­ geführt. Die Linien wurden mit Laserleistungen geschrieben, die von 8,5 Watt bis 12,5 Watt reichten, und dann für zwei Stunden plattiert, wobei ein Plattierungsstrom von 10 mA benutzt wurde. Die plattierte Dicke reichte von 7 bis 9 µm, mit keiner starken Abhängigkeit von der Laserleistung. Bei der Verwendung von niedrigeren Abtastgeschwindigkeiten ergaben sich erhöhte Plattierungsraten.
Es wurde auch eine Kupferplattierung auf mit Laserlicht beschriebenen Titan-Palladium-beschichteten Silizium ver­ sucht. Kontaktkissen wurden beschrieben, unter Verwendung von Laserleistungen, die von 7,7 Watt bis 12,5 Watt reich­ ten. Bei den höheren Leistungen war sichtbare Beschädigung zu beobachten. Das laserbeschriebene Plättchen wurde in eine Kupfersulfatplattierungslösung eingetaucht. Die Verwendung eines Plattierungsstromes von 1 mA stellte die selektive Plattierung von Kupfer auf die laserbeschriebenen Bereiche sicher. Die Bereiche mit der sichtbaren Beschädigung plattierten am schnellsten. Die Selektivität der Kupfer­ beschichtung auf dem lasergeschriebenen Titan-Palladium­ beschichteten Silizium wurde daher auch gezeigt.
Lasergeschriebene Muster von titanbeschichteten Silizium und nacktem Silizium plattierten ebenfalls selektiv in einem Silberzyanidplattierbad. Im Falle des nackten Siliziums haftete das plattierte Silber nicht gut. Das Silber, das auf die titanbeschichtete Oberfläche plattierte, war jedoch stark anhaftend. Dieses Ergebnis ist sehr vielversprechend für Solarzellenanwendungen, da es zu der Beseitigung der aufgedampften Palladiumschicht führt, was bedeuten würde, daß sich die Prozeßkosten deutlich reduzieren.
Um die Brauchbarkeit der Metallisierung von Gegenständen unter Verwendung dieses selektiven Plattierverfahrens zu zeigen, wurden Solarzellenkammuster auf Plättchen aufge­ schrieben, die mit 1500 Angström Titan und 500 Angström Palladium beschichtet waren. Eine Laserleistung von 7,7 Watt und eine Abtastgeschwindigkeit von 0,2 cm/sek wurde benutzt, um sowohl die Linien wie auch die Kontaktkissen herzu­ stellen, um gleichförmige Plattierungsraten sicherzustellen. Nach der Silberplattierung während dreier Stunden unter Verwendung eines Plattierungsstromes von 10 mA wurden das Palladium und das Titan über dem Rest des Plättchens weg­ geätzt. Die Oberfläche des Silbermusters wurde in Aqua Regia oxidiert, das zum Ätzen des Palladiums benutzt wurde. Dieses Oxid wurde durch Eintauchen in die Silberzyanidplattier­ lösung entfernt, gefolgt durch 30 min Plattierung, um die Dicke erneut aufzubauen. Die entgültige plattierte Dicke wurde mit 25 µm gemessen. Ein zweites Plättchen wurde für nur 15 min mit 10 mA plattiert, und es wurde gefunden, daß es eine plattierte Dicke von 4,6 µm besaß. Mesas wurden dann fotolithografisch um die Muster diffiniert, um die Zellen voneinander zu isolieren. Belichtete und dunkle Strom- Spannungs-Messungen wurden gemacht, um die Zellen zu cha­ rakterisieren. Die I-V-Daten unter Licht sind in Tabelle 1 wiedergegeben, und die I-V-(Spannung-Strom)-Daten unter Dunkelheit sind in Tabelle II wiedergegeben, vor und nach der Sinterung in Wasserstoff bei 450°C für eine Zeitdauer von 30 min. Die Wirkungsgrade der nicht antireflektiv beschichteten Zellen sind, wie zu erkennen ist, bis zu 11,15%, was günstig im Vergleich mit den besten Basis­ linienzellen ist, die durch herkömmliche Verdampfungs- und fotolithografische Verfahren metallisiert wurden. Eine Sinterung verbessert den Serienwiderstand, und daher den Zellenwirkungsgrad. Der höchste Wirkungsgrad, der nach dem Sintern erreicht wurde, betrug 11,63%, was ein 1/2% höher ist als irgendeiner der Wirkungsgrade von Basislinienzellen. Der Wirkungsgrad dieser Zelle wurde auf 16,5% erhöht, indem eine Doppelschichtantireflexbeschichtung aufgedampft wurde.
Fig. 4 ist eine grafische Darstellung, in der der Strom über der Spannung für die belichtete Zelle aufgetragen ist. Fig. 4 zeigt, daß die Zelle so gut oder besser arbeitet, wie Zellen, die mittels fotolithografischer Verfahren herge­ stellt wurden, mit einem Wirkungsgrad von 16,5% nach Auf­ bringung einer antireflektiven Beschichtung.
Tabelle I
I-V-Daten unter Licht für selektiv plattierte Solarzellen
Tabelle II
I-V-Daten unter Dunkelheit für selektiv plattierte Solarzellen

Claims (14)

1. Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Musters auf der Oberfläche eines Halbleiters, gekennzeichnet durch Aussetzen von Teilen der Oberfläche dem Licht eines Lasers mit einer vorbestimmten Leistungsdichte; und Eintauchen der Oberfläche in eine Plattierlösung eines plattierbaren Metalls, wobei ein plattierbares Metall auf die dem Laserlicht ausgesetzten Teile der Halb­ leiteroberfläche aufplattiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht von dem Laser eine Leistungsdichte von 4,3× 105 bis 6,6×105 Watt/cm2 aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche dem Laserlicht ausgesetzt wird, wenn es sich in der Plattierlösung befindet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aussetzen gegenüber Licht von einem Laser mit einer Leistungsdichte von 3,9×105 bis 6,4×105 Watt/cm2 die Halbleiteroberfläche mit einer Schicht aus einem wärmefesten Metall oder einem Edelmetall be­ schichtet wird; die beschichtete Oberfläche in ein Bad eines plattierbaren Metalls eingebracht wird, wobei ein plattierbares Metall auf die dem Laser ausgesetzten Teile der Beschichtung plattiert wird; und Teile der Beschichtung, die nicht mit dem plattierbaren Metall bedeckt sind, weggeätzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des wärmefesten Metalls zwischen 300 und 1500 Angström liegt, und daß die Dicke des plattierbaren Metalls zwischen 12 und 10 Mikron liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als letzter Verfahrensschritt eine antireflektive Beschichtung über der Oberfläche aufge­ bracht wird, und eine Sinterung bei 300 bis 450°C erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Aussetzung mit Licht von einem Laser mit einer Leistungsdichte von 3,9×105 bis 6,4×105 Watt/cm2 eine Diffusionsbarriere auf der Oberfläche der Be­ schichtung aufgebracht wird, letztere mit einem wärme­ festen Metall, und ein galvanischer Puffer gebildet wird durch Beschichten der Oberfläche des wärmefesten Metalls mit einem Edelmetall; wobei die Oberfläche in einem Bad eines plattierbaren Metalls eingetaucht wird, wodurch ein plattierbares Metall auf die dem Laser ausgesetzten Teile der Edelmetalloberfläche aufplat­ tiert wird; und die Teile des Edelmetalls und des wärmefesten Metalls, die nicht mit dem plattierbaren Metall beschichtet sind, weggeätzt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Beschichtung aus wärmefestem Metall 300 bis 1500 Angström beträgt die Dicke der Beschichtung aus Edelmetall 300 bis 1500 Angström beträgt und die Dicke der Plattierung aus plattierbarem Metall 2 bis 10 Mikron beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das wärmefeste Metall Titan ist, und daß das Edelmetall Palladium ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmefeste Metall Titan ist.
11. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das plattierbare Metall auf die Oberfläche elektroplattiert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter Einkristallsilizium ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das plattierbare Metall Silber ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht eine Wellenlänge von etwa 5000 Angström besitzt.
DE19863643898 1986-04-02 1986-12-22 Verfahren zur bildung eines leitfaehigen musters auf einer halbleiteroberflaeche Withdrawn DE3643898A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US84733986A 1986-04-02 1986-04-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3643898A1 true DE3643898A1 (de) 1987-10-08

Family

ID=25300378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19863643898 Withdrawn DE3643898A1 (de) 1986-04-02 1986-12-22 Verfahren zur bildung eines leitfaehigen musters auf einer halbleiteroberflaeche

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JPS62232973A (de)
DE (1) DE3643898A1 (de)
FR (1) FR2596921A1 (de)
GB (1) GB2188774B (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT408158B (de) * 1998-12-28 2001-09-25 Kroener Friedrich Dr Maske zur strukturierten, elektrochemischen bearbeitung eines siliziumplättchens für die solarzellenherstellung
DE102007005161A1 (de) * 2007-01-29 2008-08-07 Nb Technologies Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Metallisierung von Substraten
DE102011110171B3 (de) * 2011-08-16 2012-11-29 Rena Gmbh Verfahren zur Ausbildung einer metallischen Leiterstruktur

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4333426C1 (de) * 1993-09-30 1994-12-15 Siemens Solar Gmbh Verfahren zur Metallisierung von Solarzellen aus kristallinem Silizium
US5882435A (en) * 1993-09-30 1999-03-16 Siemens Solar Gmbh Process for the metal coating of solar cells made of crystalline silicon
US7388147B2 (en) * 2003-04-10 2008-06-17 Sunpower Corporation Metal contact structure for solar cell and method of manufacture
WO2007085448A1 (de) * 2006-01-25 2007-08-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum herstellen einer metallischen kontaktstruktur einer solarzelle
DE102007010872A1 (de) * 2007-03-06 2008-09-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Präzisionsbearbeitung von Substraten und dessen Verwendung
JP5643293B2 (ja) * 2009-04-21 2014-12-17 テトラサン インコーポレイテッド 太陽電池内の構造部を形成するための方法
DE102009022337A1 (de) * 2009-05-13 2010-11-18 Gebr. Schmid Gmbh & Co. Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines Substrats
US9293624B2 (en) * 2012-12-10 2016-03-22 Sunpower Corporation Methods for electroless plating of a solar cell metallization layer
US10242789B2 (en) * 2015-06-16 2019-03-26 Murata Manufacturing Co., Ltd. Method for manufacturing ceramic electronic component, and ceramic electronic component
CN108441843B (zh) * 2018-03-13 2020-02-18 北京科技大学 材料表面金属图案的激光直写预成形光催化镀制备方法
CN113851374B (zh) * 2021-11-05 2024-09-24 南京航空航天大学 提高半导体材料放电加工效率的进电端表面预处理方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2028819A1 (en) * 1970-06-11 1971-12-23 Siemens Ag Electro formed raised contact - for electronic esp semiconductor components umfrd with help of temporary mask
US4082568A (en) * 1977-05-10 1978-04-04 Joseph Lindmayer Solar cell with multiple-metal contacts
US4217183A (en) * 1979-05-08 1980-08-12 International Business Machines Corporation Method for locally enhancing electroplating rates
US4239789A (en) * 1979-05-08 1980-12-16 International Business Machines Corporation Maskless method for electroless plating patterns
DE3139168A1 (de) * 1980-10-10 1982-05-13 Ingenieurhochschule Mittweida, DDR 9250 Mittweida "strukturierte chemisch-reduktive metallabscheidung"
GB2106542A (en) * 1981-07-24 1983-04-13 Inoue Japax Res A method and apparatus for electrodeposition
US4441964A (en) * 1982-02-15 1984-04-10 U.S. Philips Corporation Method of depositing a metal

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL212349A (de) * 1955-04-22 1900-01-01
GB847927A (en) * 1955-10-11 1960-09-14 Philco Corp A method and apparatus for the electrolytic treatment of semiconductive bodies
US3506545A (en) * 1967-02-14 1970-04-14 Ibm Method for plating conductive patterns with high resolution
US3711325A (en) * 1968-12-13 1973-01-16 Texas Instruments Inc Activation process for electroless nickel plating
GB1465567A (en) * 1974-10-17 1977-02-23 Nat Res Dev Deposition of materials onto semiconductors
CA1047654A (en) * 1974-10-17 1979-01-30 Norman Rain Electrodeposition on semiconductor material
JPS5723416A (en) * 1980-07-17 1982-02-06 Suwa Seikosha Kk Method of forming pattern of insulating substrate
JPS5929474A (ja) * 1982-08-11 1984-02-16 Toshiba Corp 太陽電池
US4507181A (en) * 1984-02-17 1985-03-26 Energy Conversion Devices, Inc. Method of electro-coating a semiconductor device
US4578157A (en) * 1984-10-02 1986-03-25 Halliwell Michael J Laser induced deposition of GaAs
JPS61108195A (ja) * 1984-11-01 1986-05-26 インタ−ナショナル　ビジネス　マシ−ンズ　コ−ポレ−ション 基板上に電気的に連続した層を形成する方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2028819A1 (en) * 1970-06-11 1971-12-23 Siemens Ag Electro formed raised contact - for electronic esp semiconductor components umfrd with help of temporary mask
US4082568A (en) * 1977-05-10 1978-04-04 Joseph Lindmayer Solar cell with multiple-metal contacts
US4217183A (en) * 1979-05-08 1980-08-12 International Business Machines Corporation Method for locally enhancing electroplating rates
US4239789A (en) * 1979-05-08 1980-12-16 International Business Machines Corporation Maskless method for electroless plating patterns
DE3139168A1 (de) * 1980-10-10 1982-05-13 Ingenieurhochschule Mittweida, DDR 9250 Mittweida "strukturierte chemisch-reduktive metallabscheidung"
GB2106542A (en) * 1981-07-24 1983-04-13 Inoue Japax Res A method and apparatus for electrodeposition
US4441964A (en) * 1982-02-15 1984-04-10 U.S. Philips Corporation Method of depositing a metal

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KIANG, Y.C. et.al.: Metal Silicide Formed by laser irradiation of silicon chip in plating solution. In: IBM TDB, Vol. 26, No. 1, June 1983, p. 327 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT408158B (de) * 1998-12-28 2001-09-25 Kroener Friedrich Dr Maske zur strukturierten, elektrochemischen bearbeitung eines siliziumplättchens für die solarzellenherstellung
DE102007005161A1 (de) * 2007-01-29 2008-08-07 Nb Technologies Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Metallisierung von Substraten
DE102007005161B4 (de) * 2007-01-29 2009-04-09 Nb Technologies Gmbh Verfahren zur Metallisierung von Substraten
DE102011110171B3 (de) * 2011-08-16 2012-11-29 Rena Gmbh Verfahren zur Ausbildung einer metallischen Leiterstruktur

Also Published As

Publication number Publication date
FR2596921A1 (fr) 1987-10-09
JPS62232973A (ja) 1987-10-13
GB2188774B (en) 1990-10-31
GB2188774A (en) 1987-10-07
GB8628789D0 (en) 1987-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3826046C2 (de)
DE69511782T2 (de) Magnetischer Mikroschalter und sein Herstellungsverfahren
DE2744167C2 (de) Optoelektronisches Koppelelement
DE4433097C2 (de) Verfahren zum Herstellen einer lichtabsorbierenden Schicht einer Solarzelle
DE3643898A1 (de) Verfahren zur bildung eines leitfaehigen musters auf einer halbleiteroberflaeche
DE2036139A1 (de) Dunnfümmetallisierungsverfahren fur Mikroschaltungen
EP1261990A1 (de) Flexibles metallisches substrat für cis-solarzellen und verfahren zu seiner herstellung
DE2523307C2 (de) Halbleiterbauelement
DE112005002629T5 (de) Ultraleichte Photovoltaik-Einrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE1789106A1 (de) Halbleiteranordnung
DE112013001641T5 (de) Solarzelle und Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle
DE2730566A1 (de) Halbleitervorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung
DE2313106A1 (de) Verfahren zum herstellen eines elektrischen verbindungssystems
DE2839044C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen mit Schottky-Sperrschicht
DE1589076C3 (de) Verfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen mit tragfähigen elektrischen Leitern
DE3113130A1 (de) Cadmiumsulfidphotoelement und verfahren zu seiner herstellung
DE2517252A1 (de) Halbleiterelement
DE2015643A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Mehrschi cht-Stromkreispaneelen
DE3006716A1 (de) Verfahren zum elektroplattieren
DE2024822C3 (de) Verfahren zur Erzeugung von Masken für die Herstellung von Mikrobauelementen
DE3151557C2 (de)
DE1952499A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements
DE1771344A1 (de) Verfahren zum Zertrennen eines Materialstueckes durch Tiefenaetzung
EP0567764A1 (de) Halbleiterkörper mit gut haftender Metallisierung
DE3434627A1 (de) Elektrischer gleitkontakt, insbesondere fuer kommutierungssysteme

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8125 Change of the main classification

Ipc: H01L 21/288

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: EBARA SOLAR, INC., LARGE, PA., US

8139 Disposal/non-payment of the annual fee