EP0020395A1 - Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen - Google Patents

Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen

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EP0020395A1
EP0020395A1 EP79901089A EP79901089A EP0020395A1 EP 0020395 A1 EP0020395 A1 EP 0020395A1 EP 79901089 A EP79901089 A EP 79901089A EP 79901089 A EP79901089 A EP 79901089A EP 0020395 A1 EP0020395 A1 EP 0020395A1
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semiconductor
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Hanno Schaumburg
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing semiconductor components with a polycrystalline or monocrystalline semiconductor material layer on a substrate.
  • the active semiconductor layer is applied to a substrate that is resistant to high temperatures, since, at least in the case of a monocrystalline semiconductor layer, this layer is applied to the substrate at high temperatures and because both the substrate and the further temperature treatments required for the production of semiconductor components , as well as the active semiconductor layer are heated to a high temperature in an oven.
  • the invention has for its object to design the method according to the preamble of claim 1, that the use of high temperature resistant substrates can be dispensed with, ie they can be replaced by less expensive materials.
  • substrates can be used which are not resistant to temperatures that are normally required for the application of, in particular, monocrystalline semiconductor material layers.
  • the method according to the invention also allows several layers of different doping and / or of different semiconductor material to be applied next to one another in a substrate, in which then semiconductor circuit elements with different properties can be produced.
  • a semiconductor material can also be used as the substrate.
  • FIG. 1 shows a substrate 1 made of aluminum doped with approximately 1% silicon, onto which an approximately 2 ⁇ m thick amorphous silicon layer 2 is sputtered.
  • the layer 2 can also be deposited on the substrate 1 from the gas phase at low temperatures.
  • the amorphous silicon layer 2 is then N-doped with arsenic by an ion implantation indicated by the arrow 3.
  • an intensive optical radiation is then directed onto the layer 2, which, thanks to a mask 5, remains limited to the two regions 21, in which the amorphous silicon is then locally heated by the optical radiation that it recrystallizes.
  • the radiation 4 is then moved over the surface of the regions 21 of the amorphous silicon layer 2 such that e.g. Form stripe-shaped, largely monocrystalline areas.
  • semiconductor circuit elements can then be produced by further method steps.
  • thermal treatments may be carried out which only heat the areas locally, since otherwise there is a risk that the parts of the layer 2 which have remained amorphous and thus insulating will likewise convert into polycrystalline or monocrystalline and thus conduct the material .
  • a substrate 1 made of aluminum with approximately 1% silicon is assumed, onto which approximately 2 ⁇ m thick layer 2 of amorphous silicon, which is weakly doped with boron, that is to say P-conducting, is deposited.
  • Arsenic is then introduced into this layer 2, as indicated by the arrow 3, by ion implantation, so that (see FIG. 4) an N + conductive zone 22 is formed on the surface of this layer.
  • the amorphous layer 2 is then converted into a polycrystalline silicon layer by an intensive optical radiation indicated by the arrow 4.
  • zone 22 then forms a PN junction with the rest of layer 2 and all PN junctions together form the solar cell.
  • a thin, radiation-permeable metal layer 6 is then vapor-deposited onto the surface of the layer 2, ie the zone 22.
  • the conductive substrate 1 and the metal layer 6 are then provided with connecting conductors 7.
  • a pulsed or continuously operated laser can, for example, be used as the source of the intensive optical radiation 3 in the exemplary embodiments described here.
  • a locally limited thermal treatment can also be carried out with the aid of a laser if semiconductor circuit elements whose production requires thermal treatment are to be produced in the monocrystalline regions (21, FIG. 2).
  • a material should always be used for the substrate 1 which does not yet form an alloy with the amorphous semiconductor material into a polycrystalline or monocrystalline semiconductor material.

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Description

Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen mit einer poly- oder monokristallinen Halbleitermaterialschicht auf einem Substrat.
Bisher war eine Voraussetzung der Halbleitertechnologie, daß die aktive Halbleiterschicht auf ein hochtemperaturbeständiges Substrat aufgebracht ist, da, zumindest bei einer monokristallinen Halbleiterschicht, diese Schicht bei hohen Temperaturen auf das Substrat aufgebracht wird und da bei den weiteren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen erforderlichen Temperaturbehandlungen sowohl das Substrat, als auch die aktive Halbleiterschicht in einem Ofen auf eine hohe Temperatur erhitzt werden.
Dies erforderte bisher als Substrate hochtemperaturbeständige Materialien, wie das Halbleitermaterial selbst oder z.B. Saphir zu verwenden. Dies sind jedoch verhältnismäßig teure Materialien.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszugestalten, daß auf die Verwendung hochtemperaturfester Substrate verzichtet werden kann, d.h. diese durch kostengünstigere Materialien ersetzt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird erreicht, daß Substrate verwendet werden können, die gegenüber Temperaturen, die normalerweise zum Aufbringen von insbesondere monokristallinen Halbleitermaterialschichten erforderlich sind, nicht beständig sind.
Das Verfahren nach der Erfindung gestattet es aber auch, auf ein Substrat nebeneinander mehrere, unterschiedlich dotierte und/oder aus verschiedenem Haϊbleitermaterial bestehende Schichten aufzubringen, in denen dann Halbleiterschaltungselemente unterschied- licher Eigenschaften erzeugt werden können. Dabei kann als Substrat auch ein Halbleitermaterial verwendet werden.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1+2 Schnitte durch einen Halbleiterkörper mit zwei nebeneinander liegenden, voneinander isolierten monokristallinen Bereichen auf einem Substrat während aufeinanderfolgender Stufen seiner Herstellung und Fig. 3-5 Schnitte durch eine Sonnenzelle mit einer aktiven, polykristallinen Schicht auf einem nichtkristallinen Substrat während aufein anderfolgender Stufen ihrer Herstellung.
Fig. 1 zeigt ein Substrat 1 aus mit etwa 1 % Silicium dotiertem Aluminium, auf das eine etwa 2 μm starke amorphe Siliciumschicht 2 aufgesputtert ist.
Die Schicht 2 kann aber auch bei niedrigen Temperaturen aus der Gasphase auf dem Substrat 1 niedergeschlagen werden.
Die amorphe Siliciumschicht 2 wird dann durch eine mit dem Pfeil 3 angedeutete Ionenimplantation mit Arsen N-dotiert.
Wie in Fig. 2 durch die Pfeile 4 angedeutet, wird dann auf die Schicht 2 eine intensive optische Strahlung gerichtet, die dank einer Maske 5 auf die beiden Bereiche 21 begrenzt bleibt, in denen dann durch die optische Strahlung das amorphe Silicium lokal soweit erhitzt wird, daß es rekristallisiert. Wie durch die waagerechten Pfeile angedeutet, wird dann die Strahlung 4 so über die Oberfläche der Bereiche 21 der amorphen Siliciumschicht 2 bewegt, daß sich z.B. streifenförmige, weitgehend monokristalline Bereiche bilden.
In diesen monokristallinen Siliciumbereichen mit einer Dicke von 2 μm auf einem aus Aluminium bestehenden Substrat 1 können dann durch weitere Verfahrensschritte Halbleiterschaltungselemente erzeugt werden. Zur Erzeugung dieser Halbleiterschaltungselemente dürfen dann allerdings nur thermische Behandlungen durchgeführt werden, die die Bereiche nur örtlich erhitzten, da sonst die Gefahr besteht, daß die amorph und damit isolierend gebliebenen Teile der Schicht 2 sich ebenfalls in poly- oder monokristallines und damit leiten des Material umwandeln. Es ist auch möglich, das amorphe Halbleitermaterial in Öffnungen einer auf das Substrat aufgebrachten Isolierschicht niederzuschlagen und dann in weitgehend monokristallines Material umzuwandeln. Dabei, oder bei dem oben anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Verfahren können selbstverständlich auch mehrere Schichten aus amorphem, ggf. verschiedenartigen, Halbleitermaterial nacheinander aufgebracht und in bestimmten Bereichen in polykristallines oder weitgehend monokristallines Material umgewandelt werden.
Anhand der Fig. 3 bis 5 wird jetzt die Herstellung einer Sonnenzelle beschrieben. Auch hier wird von einem Substrat 1 aus Aluminium mit etwa 1 % Silicium ausgegangen, auf das etwa 2 μm starke Schicht 2 aus schwach mit Bor dotiertem, also P-leitendem amorphem Silicium niedergeschlagen wird. In diese Schicht 2 wird dann, wie durch den Pfeil 3 angedeutet, durch Ionenimplantation Arsen eingebracht, so daß (siehe Fig. 4) an der Oberfläche dieser Schicht eine N+leitende Zone 22 entsteht.
Anschließend wird durch eine, durch den Pfeil 4 angedeutete intensive optische Bestrahlung die amorphe Schicht 2 in eine polykristalline Siliciumschicht umgewandelt. In den einzelnen, in der Fig. 4 übertrieben groß angedeuteten Kristallen dieser polykristallinen Schicht bildet dann die Zone 22 mit dem Rest der Schicht 2 jeweils einen PN-Übergang und alle PN-Übergänge zusammen die Sonnenzelle. Dazu ist dann, wie in Fig. 5 dargestellt, auf die Oberfläche der Schicht 2, d.h. auf die Zone 22, noch eine dünne, strahlungsdurchlässige Metallschicht 6 zur Kontaktierung aufgedampft. Das leitende Substrat 1 und die Metallschicht 6 werden dann noch mit Anschlußleitern 7 versehen. Als Quelle der intensiven optischen Strahlung 3 in den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise ein gepulst oder kontinuierlich betriebener Laser verwendet werden.
Mit Hilfe eines Lasers kann auch eine örtlich begrenzte thermische Behandlung durchgeführt werden, wenn in den monokristallinen Bereichen (21, Fig. 2) des ersten Ausführungsbeispiels Halbleiterschaltungselemente erzeugt werden sollen, deren Herstellung eine thermische Behandlung erfordert.
Für das Substrat 1 sollte stets ein Material verwendet werden, das bei der Umwandlungstemperatur des amorphen Halbleitermaterials in ein poly- oder monokristallines Halbleitermaterial mit diesem noch keine Legierung bildet.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen mit einer poly- oder monokristallinen Halbleitermateria lschicht auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial in amorpher Form auf das Substrat aufgebracht und durch eine thermische Behandlung mit Hilfe einer auf das Material gerichteten intensiven optischen Strahlung in poly- oder monokristallines Material umgewandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial auf das Substrat aufge sputtert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat aus einem halbleitenden Material verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Substrat nebeneinander mehrere, unterschiedlich dotierte und/oder aus verschiedenem
Halbleitermaterial bestehende Schichtenaufgebracht werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Halbleitermaterial in Öffnungen einer auf das Substrat aufgebrachten Isolierschicht niedergeschlagen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schichten übereinander aufgebracht werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat aus einem Material verwendet wird, das bei der Umwandlungstemperatur mit dem Halbleitermaterial noch keine Legierung bildet.
8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 7 zur Herstellung einer Sonnenzelle.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als intensive optische Strahlung die Strahlung eines Lasers verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Erzeugen einer weitgehend monokristallinen Halbleiterschicht auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst durch die optische Strahlurg das amorphe Halbleitermaterial lokal soweit erhitzt wird, daß es rekristallisiert und dann die Strahlung so über die Oberfläche des Halbleitermaterials bewegt wird, daß sich z.B. streifenförmige, weitgehend monokristalline Bereiche bilden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Bereichen Halbleiterschaltungselemente erzeugt werden.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gek ennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Silicium verwendet wird.
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