EP2319093A1 - Verfahren und anordnung zum herstellen einer funktionsschicht auf einem halbleiterbauelement - Google Patents

Verfahren und anordnung zum herstellen einer funktionsschicht auf einem halbleiterbauelement

Info

Publication number
EP2319093A1
EP2319093A1 EP09782220A EP09782220A EP2319093A1 EP 2319093 A1 EP2319093 A1 EP 2319093A1 EP 09782220 A EP09782220 A EP 09782220A EP 09782220 A EP09782220 A EP 09782220A EP 2319093 A1 EP2319093 A1 EP 2319093A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
gas
substrate
functional layer
layer
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Withdrawn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
EP09782220A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Knut Vaas
Berthold Schum
Wilfried Schmidt
Dieter Franke
Ingo Schwirtlich
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Schott Solar AG
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 Schott Solar AG filed Critical Schott Solar AG
Publication of EP2319093A1 publication Critical patent/EP2319093A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314—Inorganic layers
    • H01L21/316—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/228—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a liquid phase, e.g. alloy diffusion processes
    • 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314—Inorganic layers
    • H01L21/318—Inorganic layers composed of nitrides
    • H01L21/3185—Inorganic layers composed of nitrides of siliconnitrides
    • 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
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/6715—Apparatus for applying a liquid, a resin, an ink or the like
    • 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
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02164—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02167—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon carbide not containing oxygen, e.g. SiC, SiC:H or silicon carbonitrides
    • 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/0217—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
    • 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02282—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process liquid deposition, e.g. spin-coating, sol-gel techniques, spray coating
    • 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314—Inorganic layers
    • H01L21/3148—Silicon Carbide layers

Definitions

  • the invention relates to a method for producing at least one functional layer on at least one region of a surface of a semiconductor component, in particular a solar cell, by applying a liquid to at least one region. Furthermore, the invention makes reference to an arrangement for producing at least one functional layer on at least one area of a semiconductor conductor component.
  • the invention relates to a method for producing at least one functional layer on at least one region of a surface of a semiconductor component, in particular a solar cell, by applying a liquid to at least one region, wherein the functional layer has a layer thickness di and those for forming the functional Layer of thickness di required liquid has a layer thickness d 2 .
  • dopant layers are deposited in the substrate from the gas phase or from deposited coatings containing suitable dopants at selected concentrations. For these coatings z.
  • An essential criterion in these methods is the adjustment of the dopant by the homogeneity, distribution and concentration in the respective coating material, which may be a paste or a liquid.
  • the concentration of the active gas and the flow conditions for an even distribution in the near-surface layer of the substrate to be coated.
  • the aim in each case is to obtain a homogeneous coating. If structured coatings are desired, for example, printing or masking processes are used, which are suitable for the production of planar local structures.
  • WO 2006/131251 various methods are described to dope a semiconductor device.
  • doping sources are applied to the semiconductor element to be doped.
  • CVD method, screen-printing method, spray application or application of an aqueous solution with doping surfactants for producing a functional layer can be used.
  • a method for forming a pn junction in a semiconductor substrate is known.
  • a doping liquid is first applied to the substrate via an ultrasonic spray head, then the liquid is dried and then a heat treatment for doping the semiconductor component is carried out.
  • a doping suspension is applied to a semiconductor by spraying or spin coating according to US-A-4,490,192.
  • the latter leads to undesirable mechanical loads and allows only a low throughput.
  • the present invention has the object of developing a method and an arrangement of the type mentioned so that reproducible functional layers desired thin and uniform thickness can be produced without an undesirable mechanical stress acting on the substrate. At the same time, a high throughput should be possible.
  • the liquid is applied to the at least one region of the surface in excess with a layer thickness d 3 with d 3 > d 2 and that subsequently in either translationally moved or stationarily arranged semiconductor device excess liquid from the surface without contact in a perimeter is removed, that the liquid layer has the thickness d 2 or approximately the thickness d 2 .
  • the invention relates to a method for producing at least one functional layer on at least one area of a surface of a translationally moved or stationarily arranged semiconductor component, wherein the functional layer has a layer thickness d 1 , the liquid required for forming the functional layer of the layer thickness d 2 has a layer thickness d 2 and the liquid applied in excess has a layer thickness d 3 with d 3 > d 2 , and then excess liquid is removed from the surface in a contactless manner to such an extent that the liquid layer has the thickness d 2 or approximately the thickness d 2 .
  • the functional layer is formed without the substrate being set in rotary motion and thus being exposed to undesired centrifugal forces. At the same time, a high throughput is possible, since the substrate is either moved translationally or stationary during the formation of the layer thickness d 2 .
  • the contactless removal of excess liquid by applying the liquid by means of at least one gas flow with simultaneous relative movement between the at least one gas stream and the semiconductor device, wherein the gas flow to the plane spanned by the surface level at an angle ß with 1 ° ⁇ ß ⁇ 90 ° should include.
  • Liquid in excess means that a liquid layer is formed on the surface or the region or regions to be provided with the functional layer
  • a multi-stage process in which, in a first method step z.
  • a liquid - such as liquid film or a liquid or liquid layer - is generated on the surface of the semiconductor device.
  • the entire surface on which a functional layer is to be produced is provided with the excess liquid.
  • the semiconductor devices may have any shape, but preferably have a plate-shaped geometry. Regardless of this, the surface to be provided with the at least one functional layer may be smooth, rough or structured, chemically pretreated or pretreated in a basic state corresponding to the material hydrophilic or hydrophobic or otherwise pretreated.
  • the liquid is designed for the function of the layer to be produced and can have different viscosities, be solvent-containing or free, mixtures of different chemical constituents and compounds in different
  • the liquid contains at least one suitable substance which enables the required wetting of the area by the liquid.
  • the at least one gas stream is adjusted at an angle ⁇ with 1 ° ⁇ ⁇ 90 ° inclined to the plane spanned by the surface.
  • the occupation of the semiconductor component with liquid preferably takes place on one side, but may relate to opposing surfaces, functional layers in particular being formed in succession.
  • the liquid is applied in excess to the surface in one process step, wherein preferably the semiconductor component is immersed in the liquid or coated in a surge-like manner.
  • An intensive spraying is also in question.
  • To set the desired wetting properties is provided - without limiting the invention - in particular an exposure time of between 1 sec and 30 min, in particular between 0.1 min and 1 min provided.
  • the homogeneity of the corresponding layer should be ⁇ + 10%, preferably between 5% and 10%.
  • the excess of liquid is removed without contact.
  • the semiconductor device can be tilted to drain at least a portion of the excess liquid.
  • excess liquid is removed by targeted action of a gas flow.
  • the at least one gas stream carries liquid from the at least one area of the surface of the semiconductor component up to a remaining layer thickness d 2 of 0.1 ⁇ m ⁇ d 2 ⁇ 5 ⁇ m, in particular 0.5 ⁇ m ⁇ d 2 ⁇ 1.95 ⁇ m a homogeneity of + 10%, in particular + 3%.
  • the gas flow in this case has a direction with respect to the plane spanned by the surface of the semiconductor component, which encloses an angle ⁇ with 1 ° ⁇ ⁇ 90 ° with respect to this.
  • the semiconductor component has a tear-off edge on the relative movement in the direction of the rear end of the surface, flows at the liquid.
  • the tear-off edge can be generated while passing through an etching basin.
  • a spoiler lip is not mandatory because the liquid can "splash away" in all directions.
  • the gas stream should strike the at least one area at a speed of 1 m / s to 25 m / s.
  • the gas volume flow rate per cm of the semiconductor device transversely to the relative movement between the gas flow and the semiconductor device should be in the range between 0.25 Nm 3 / h and 3.0 Nm 3 / h.
  • the relative velocity between the gas flow and the semiconductor device should be between 0.3 m / s and 3.0 m / s.
  • the semiconductor component is exposed to a gas stream several times in succession in order to successively remove liquid.
  • this is particularly advantageous if, after applying the liquid layer in excess, this has a thickness that forms a wave when exposed to the gas, which is to be avoided in the final adjustment of the desired layer thickness, otherwise the required homogeneity is not ensured ,
  • the layer thickness must first be set to a so-called start layer thickness, in which corrugation is substantially prevented.
  • the starting layer thickness which is in the range between 21 microns and 99 microns
  • a reduction in thickness by blowing off excess liquid to a thickness between 0.1 .mu.m and 5.0 .mu.m, in particular 0.9 microns and 1.9 microns to make the fluid functional layer.
  • the semiconductor component is moved several times relative to a basic course direction at different angles relative to the at least one gas flow. This results in the possibility of forming strip-shaped and optionally intersecting functional layers that can exert the function of passivation or masking layers.
  • strip-shaped functional layers can be formed on them by the fact that the Liquid in excess layers are supplied with gas streams having different flow rates or volume throughputs with the result that a different quantitative removal of the liquid takes place.
  • a temperature treatment step can follow.
  • lighter volatiles may first be evaporated to allow the remainder to react in an oven atmosphere.
  • oxide layers can be formed which react with the remaining components of the liquid.
  • a nitridation or carbonation can be carried out, provided that the furnace atmosphere is selected accordingly (N 2 or C-containing atmosphere such as methane, CO 2 ).
  • the required reaction time is determined by the chemical properties of the substances involved and the surface morphology of the semiconductor device.
  • semiconductor devices according to the invention can be provided with a functional layer having a smooth or textured surface.
  • a temperature treatment step it is also possible to allow components which were present in the original liquid or have arisen by reaction with the material of the semiconductor component to be specifically diffused therein.
  • z. As phosphorus, carbon, boron o. ⁇ . Elements in the semiconductor material such. As silicon, germanium, IWV, II / VI compounds diffuse. If you want in a silicon substrate z. B. form an n-type layer, as an aqueous phosphoric acid layer is applied as a liquid. If, in contrast, a p-type layer is desired, then z. B. an aqueous boric acid layer used.
  • the functional layer of desired thickness should be converted to a state that allows efficient interaction in the interface at the atomic level with the volume of the coated substrate.
  • This is to be understood in particular as meaning the diffusion of atomic constituents of the coating into the regions of the substrate close to the surface which lead to a change in the chemical and physical properties of the material. This concerns the mechanical properties, such. As the hardness but also the electrical properties such. As the conductivity.
  • An arrangement for producing at least one functional layer on at least one region of a semiconductor component is characterized in that the arrangement comprises a liquid application device and a gas flow delivery device, which is adjustable relative to the semiconductor device and has a gas outlet opening over which to the surface of the semiconductor device spanned level the semiconductor device with gas at an angle ß with 1 ° ⁇ ß ⁇ 90 ° can be acted upon.
  • the gas flow delivery device may be aligned to the semiconductor device such that the semiconductor device is acted upon in parallel to the relative movement direction extending paths with gas.
  • the gas in the webs has different radiant velocities and / or gas volume flow rates.
  • the liquid applicator may comprise a dip tank, a spray device or a surge device. Furthermore, the invention provides that the gas flow delivery device is arranged downstream of a heat treatment device.
  • a possible embodiment for applying the liquid layer in the first process step, in which the liquid is present in excess, can be carried out according to the invention by dipping, mists, spraying or other suitable methods. In this case, a large amount of liquid is applied by volume, without the need to control the layer thickness.
  • a reaction of the liquid layer with the surface of the semiconductor device ie, for. B. a chemical reaction can be adjusted so that it has an advantageous effect on the function of the component after its completion.
  • the wetting conditions, the wetting angle between the liquid and the substrate surface are suitably adjusted by appropriate reactive chemicals. Suitable acids, bases, reducing agents, oxidizing agents and surface-active substances can be used for this purpose.
  • the semiconductor device in the above-described wet process step slides over a roller conveyor in a dip tank and is passed through this in a continuous movement.
  • the residence time should be between 1 sec and 30 min.
  • the dip tank contains the liquid to be applied and possibly other reactive chemicals.
  • a liquid to be applied with suitably adjusted viscosity is preferably used at low or medium temperatures, ie in the range between 100 ° C and 800 ° C volatile substance in pure form or dissolved in a solvent, eg. B. H 3 PO 4 , H 3 BO 3 , amines or the like. Reactive additional components in this liquid are z.
  • acids HF, HCl, H 2 SO 4
  • buffer substances NH 4 F, (NH 4 ) 3 PO 4
  • oxidizing agent HNO 3 , H 2 O 2
  • reducing agent N 2 H 4 , NH 2 OH or the like.
  • a liquid having at least one component from the group H 3 PO 4 , H 3 BO 3 , NH 4 F, H 2 O 2 , HF, NH 4 OH (amines, Silazanes), Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 is used, wherein the concentration of the at least one component is between 2 m (mass) -% and 100 m-%.
  • the invention provides that a 5 to 30% by mass aqueous solution of H 3 PO 4 or H 3 BO 3 is used as the liquid.
  • a 2 m% to 5 m% solution of H 3 PO 4 or H 3 BO 3 in alcohol such as methanol, ethanol and / or isopropanol can be used.
  • liquids with homogeneous and / or heterogeneous phases such as solutions, emulsions or suspensions may be used.
  • the relatively thick liquid layer in which liquid is present in excess compared to the functional layer to be produced, can be reduced by tilting the semiconductor component.
  • this is not a mandatory feature.
  • 1 is a schematic diagram of an arrangement for producing a functional layer
  • FIG. 2 is a perspective view of an arrangement for removing liquid from a substrate
  • FIG. 3 shows the arrangement of FIG. 2 in side view
  • Fig. 4 shows an arrangement for the structured removal of liquid from a
  • FIG. 7 transition region between layers of different thicknesses
  • Fig. 8 course of a liquid layer in dependence of a spoiler edge
  • FIG. 9 is a flow chart of the method according to the invention.
  • functional layers are to be produced which preferably have a homogeneous layer thickness in the range between 0.1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the layers are to be produced with high reproducibility and with a throughput that allows for mass production.
  • liquid layers to be applied to the substrates it should be noted that desired viscosities can be set, that is to say that viscous fluids are also subsumed under the term liquid.
  • a liquid layer is first applied in excess to a substrate. Excess means that the layer has a thickness which is thicker than that required for the desired thickness of the functional layer.
  • substrates 10 are passed through a dip tank 12.
  • a roller conveyor or an equally acting transport medium can be used.
  • the dip tank 12 contains the liquid to be applied 8 and optionally other reactive chemicals.
  • the liquid used is preferably a volatile at low to medium temperatures, ie preferably in the range between 100 0 C and 800 0 C volatile substance in pure form or dissolved in a solvent, for example H 3 PO 4 , H 3 BO 3 , amines or the like.
  • acids HF, HI, H 2 SO 4
  • buffer substances NH 4 F, (NH 4) 3 PO 4
  • oxidizing agent HNO 3 , H 2 O 2
  • reducing agent N 2 H 4 , NH 2 OH
  • the residence time in the dip tank 12 should preferably be in the range between 0.1 min. and 1 min. lie.
  • the liquid is added to a surfactant.
  • a corresponding pretreatment can be carried out at the desired locations in order to adjust the wetting properties. This means a local setting of z. Hydrophobic or hydrophilic regions distributed over the surface of the substrate according to the desired structure.
  • the substrate 10 is preferably tilted to allow liquid to drain off in a defined manner.
  • the substrate 10 should be formed at the edge at which the liquid flows, as a tear-off edge, as will be explained with reference to FIG. 8.
  • the tear-off edge is not a mandatory feature.
  • the substrate 10 is passed under a gas stream, as is apparent from FIGS. 2 and 3 in principle.
  • Corresponding gas power supply devices are indicated in FIG. 1 by reference numerals 14, 16. In this case, it is not necessary for the substrate 10 to be exposed successively to a plurality of gas flows. Rather, if appropriate, a single gas power supply device suffice.
  • a gas suction device 18 is located laterally and below the transport path of the substrates 10 in order to suck off the gas which impinges on the substrate 10 and is discharged past the substrate 10.
  • a liquid collecting tray 20 is further provided to collect removed liquid and supply via a line 22 to the dip tank 12 again.
  • a gas flow supply device 14, 16 which may have a slot nozzle 24 in order to target the gas onto the substrate 10.
  • hole nozzles can be used in the usual way, which are arranged in a row or offset from each other.
  • the hole nozzles may have the same or different diameters.
  • the substrate 10 may have a relatively large layer thickness after the dipping process, which may lead to a liquid wave 28 being produced by the impinging air flow (arrows 26), which results in the layer thickness being less than in the front region is in the rear area. This situation is illustrated in principle by the dotted line 30 in FIG. 6a.
  • a two-stage or multi-stage process takes place in such a way that a film is produced which has a constant thickness over the entire area of the substrate 10 which is to be provided with a functional layer, as can be seen from FIGS 6b and 6c.
  • the unwanted shaft 28 can be reduced or avoided by providing the substrate 10 with a tear-off edge 52, as will be explained purely in principle with reference to FIG. 8.
  • a corresponding tear-off edge 52 in the actual sense represents a broken end edge 50 of the substrate 10.
  • the tear-off edge 52 has a substantially continuously curved course. This can be z. B. can be achieved by etching. If the substrate 10 has a corresponding tear-off edge 52, then the liquid wave 28 is avoided, as illustrated by the dashed representation.
  • the shaft 30 shown in FIG. 6a may result with the result that the layer thickness must first be reduced in a first step to such an extent that the residual film thickness again approaches the surface tension homogeneous layer thickness relaxed (starting layer thickness). This results from the Fig. 6a by the dashed line 32.
  • the output in the embodiment of FIGS. 2 and 3 via the nozzle slot 24 air flow is adjusted with respect to the substrate 10 as follows:
  • Angle of attack ( ⁇ ) of the flow of 45 ° -70 °, preferably 45 ° -60 °,
  • Feed rate of the substrate from 0.3 to 3.0 m / s, preferably 0.7
  • the result is a layer 34 having a thickness which is preferably between 30 ⁇ m and 50 ⁇ m in the range between 21 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the following parameters are preferably to be selected:
  • a check of the layers formed during the individual process steps can be determined via the weight application or its measurement or via optical methods such as ellipsometry.
  • the layer homogeneity itself can be estimated optically after the respective discharge step.
  • an air flow supply means 38 may be provided, as it is formed above the substrate.
  • FIGS. 4 and 5 are intended to illustrate that it is not absolutely necessary to apply a uniform air flow to the entire surface of the substrate 10. Rather, a local structuring of the functional layer or layers can take place. Thus, it is possible to hide the air flow emitted by the air flow supply device 14, 16 in desired regions in which a reduction of the layer thickness should not take place.
  • the air flow can be shaded.
  • a diaphragm 40 or a similar element between the air flow supply means 14, 16 and the substrate 10 may be provided. It is also possible to use air flow feed devices which have a transverse extent to the substrate 10 which covers only a desired strip-shaped region.
  • the total layer thickness before the substrate 10 passes through the partially shadowed gas stream should have a layer thickness of 15 ⁇ m +/- 5 ⁇ m, to avoid bleeding of the thicker layer 42 when reducing the layer thickness to the layer 44. Nevertheless, a transition region 46 results between the layers 42, 44, as illustrated in FIG. 7 in principle.
  • volume flow per cm of substrate width from 0.5 to 2.0 Nm 3 / h, preferably 1.0
  • Angle of incidence ( ⁇ ) of the flow of 45 ° -90 °, preferably 70 ° -80 °,
  • Feed rate of the substrate from 0.3 to 3.0 m / s, preferably 0.7
  • the substrate 10 is passed through one of FIGS. 4 and 5 to be taken gas flow feeders with partially closed area or shading to a corresponding layer thickness between 0.1 .mu.m and 5 .mu.m, preferably between in accordance with the explained parameters in the area acted upon by the gas stream 0.5 ⁇ m and 1.9 ⁇ m, d. H. for the thickness of the layer 44.
  • a thermal treatment can be carried out according to FIG. 1.
  • the substrate 10 may first be exposed to an elevated temperature to vaporize more volatile constituents.
  • the remainder of the liquid may then react in the atmosphere of a furnace 46.
  • oxide layers are formed, which react with the remaining components of the liquid.
  • carbonation can also be carried out by this process step if the furnace atmosphere is selected accordingly (eg N 2 or C-containing atmosphere such as methane, CO 2 ).
  • the necessary reaction time in this process step is determined by the chemical properties of the substances involved and the surface morphology of the substrate 10.
  • a component which is present in the original liquid or has been formed by reaction with the substrate 10 can diffuse specifically into the volume of the substrate 10.
  • These may be phosphorus, carbon, boron or similar elements incorporated into the substrate material, such as e.g. Silicon, germanium, IWV, WVI compounds diffuse.
  • the liquid contains phosphoric acid, then an n-conducting layer can be produced in a substrate made of silicon.
  • a p-type layer can be formed.
  • preferred gases include air, N 2 , noble gases or mixtures with reactive gases to assist in the reaction with the surface or local change or viscosity e.g. B. HF, HCL, NH 3 are mentioned.
  • the gas temperature can be set between -70 0 C and +300 0 C.
  • the drying in the oven 46 should take place to an extent that sets the thickness of the layer 48 to a value range between 0.0 l ⁇ m and 0.3 ⁇ m. Furthermore, it should be pointed out that it is not absolutely necessary to reduce the liquid layer thickness exclusively by applying a gas stream, optionally after previously draining liquid by tilting the substrate 10. Rather, thermal intermediate steps can be used to reduce the amount of liquid applied to the substrate 10 can be used, which leads by evaporation of a portion of the liquid to a reduced amount of liquid and z. B. support chemical reactions of the liquid with the component surface. There is also the possibility of a concentration of selectively added components in the liquid.
  • Functional layer SiO 2 (silicon dioxide or glasses) z.
  • oxidizing agents such as air, oxygen, ozone, hydrogen peroxide H 2 O 2 , nitric acid HNO 3 ;
  • Functional layer vitreous substances phosphorus, borosilicate compounds / glasses eg via the reaction with phosphoric acid, boric acid, possibly also in solutions with alcohol such as methanol, ethanol, isopropanol;
  • Functional layer formed as a primer layer, adhesion promoter and / or other monomolecular layers z.
  • Functional layers in the bulk silicon can be used for doping. This is achieved in order to produce a functional layer with subsequent further reaction with the bulk silicon and subsequent driving in of the doping element:
  • Phosphor production of phosphorus silicate compound on the surface z.
  • Arsenic production of arsenic-containing glasses z. With arsenic acid, arsenic acid ester; Boron: production with borosilicate compound e.g. With boric acid, boric acid ester;
  • Gallium production of gallium silicate compound z. B. with gallate esters.
  • a reaction with the silicon surface is first carried out, and then the dopant formed is driven into the silicon in a second temperature step.
  • the z. B. cross or form other patterns.
  • an etch barrier of silicon compound such as B. silicon nitride.
  • the etching barrier is formed by the thick layer 42. If one selects an etching medium such that the thin layer 44 is etched away after a short time, but the thicker layer 42 withstands the attack by the factor of the layer thickness difference longer, a masking is provided on the basis of the teaching according to the invention, which is exclusively by the application the functional layers and their explained treatment is formed. However, it should be noted that the transition region between the thin layer 44 and the thick layer 42 and thus the masking has no sharp contours (see Fig. 7), but characterized by a more or less bleeding of the thick layer 42 in the boundaries is.
  • the substrate 10 p- or n-doped monocrystalline or multicrystalline silicon wafers having a slice thickness between 40 ⁇ m and 500 ⁇ m can be used.
  • the substrate 10 can be used as rectangular monocrystalline or multicrystalline silicon wafers with a slice thickness between 40 ⁇ m and 500 ⁇ m.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen zumindest einer Funktionsschicht auf zumindest einem Bereich einer Oberfläche eines Halbleiterbauelementes durch Aufbringen einer Flüssigkeit auf zumindest den einen Bereich, wobei die Funktionsschicht eine Schichtdicke d1 aufweist und die zum Ausbilden der Funktions Schicht der Dicke di benötigte Flüssigkeit eine Schichtdicke d2 aufweist. Um reproduzierbar Funktionsschichten gewünschter dünner und gleichmäßiger Dicke herzustellen, wird vorgeschlagen, dass die Flüssigkeit auf den zumindest einen Bereich der Oberfläche im Überschuss mit einer Schichtdicke d3 mit d3 > d2 aufgetragen wird und dass anschließend bei entweder translatorisch bewegtem oder bei stationär angeordnetem Halbleiterbauelement überschüssige Flüssigkeit von der Oberfläche berührungslos in einem Umfang entfernt wird, dass die Flüssigkeits Schicht die Dicke d2 oder in etwa die Dicke d2 aufweist.

Description

Verfahren und Anordnung zum Herstellen einer Funktions Schicht auf einem Halbleiterbauelement
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen zumindest einer Funktionsschicht auf zumindest einem Bereich einer Oberfläche eines Halbleiterbauelementes, insbesondere Solarzelle, durch Auftragen einer Flüssigkeit auf zumindest den einen Bereich. Ferner nimmt die Erfindung Bezug auf eine Anordnung zum Herstellen zumindest einer Funktionsschicht auf zumindest einen Bereich eines Halberleiterbauelementes.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen zumindest einer Funktions Schicht auf zumindest einem Bereich einer Oberfläche eines Halbleiterbauelementes, insbesondere Solarzelle, durch Aufbringen einer Flüssigkeit auf zumindest den einen Bereich, wobei die Funktions Schicht eine Schichtdicke di aufweist und die zum Ausbilden der Funktions Schicht der Dicke di benötigte Flüssigkeit eine Schichtdicke d2 aufweist.
Bei der Herstellung von Funktions- oder funktionalen Schichten im Bereich der Halbleiterbauelementfertigung werden Dotierschichten im Substrat aus der Gasphase oder aus aufgebrachten Beschichtungen, die geeignete Dotierstoffe in ausgewählten Konzentrationen enthalten, aufgebracht. Für diese Beschichtungen können z. B. Dotiermedienbzw. Stoffe wie -pasten eingesetzt werden. Nach der anschließenden Temperaturbehandlung bei hohen Temperaturen werden die Rückstände wieder entfernt.
Ein wesentliches Kriterium bei diesen Verfahren ist die Einstellung des Dotierstoffes durch die Homogenität, Verteilung und Konzentration in dem jeweiligen Beschich- tungsmaterial, das eine Paste oder eine Flüssigkeit sein kann. Bei der Dotierung aus der Gasphase sorgt die Konzentration des aktiven Gases sowie die Strömungsverhältnissee für eine Gleichverteilung in der oberflächennahen Schicht des zu beschichtenden Substrates. Bei den genannten Verfahren ist es jeweils das Ziel, eine homogene Beschichtung zu erhalten. Wenn strukturierte Beschichtungen gewünscht werden, kommen z.B. Druck oder Abdeckprozesse zum Einsatz, die für die Herstellung flächenhafter lokaler Strukturen geeignet sind.
Allen Verfahren gemeinsam ist, dass die aktiven Schichten in ihren Dicken nur mit hohem Aufwand gut kontrolliert werden können. Dies gilt insbesondere für dünne Schichten, die bevorzugt in Gasphasenprozessen aufgebracht werden. Tauch- und Sprühprozesse liefern dagegen relativ dicke Schichten mit geringer Homogenität.
In der WO 2006/131251 sind verschiedene Verfahren beschrieben, um ein Halbleiterbauelement zu dotieren. Hierzu werden Dotierquellen auf das zu dotierende Halbleiterelement aufgetragen. CVD-Verfahren, Sieb-Druck- Verfahren, Sprühauftragung oder Aufbringen einer wässrigen Lösung mit dotierenden Tensiden zur Herstellung einer Funktionsschicht können zum Einsatz gelangen.
Aus der US-A-5,527,389 ist ein Verfahren zur Ausbildung eines pn-Übergangs in einem Halbleiter-Substrat bekannt. Hierzu wird zunächst über einen Ultraschallsprühkopf eine Dotierflüssigkeit auf das Substrat aufgetragen, anschließend die Flüssigkeit getrocknet und sodann eine Wärmebehandlung zum Dotieren des Halbleiterbauelementes durchgeführt.
Um Ätz- oder Waschflüssigkeiten von einem Substrat zu entfernen, wird dieses nach der US-B-6,334,902 in Drehbewegung bei gleichzeitiger Erwärmung versetzt. Durch die Rotation unterliegt das Substrat starken mechanischen Belastungen, die ungünstig sind.
Eine Dotiersuspension wird nach der US-A-4,490,192 auf einen Halbleiter durch Sprühen oder einen Schleuderprozess aufgetragen. Letzterer führt zu unerwünschten mechanischen Belastungen und lässt nur einen geringen Durchsatz zu. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass reproduzierbar Funktionsschichten gewünschter dünner und gleichmäßiger Dicke herstellbar sind, ohne dass eine unerwünschte mechanische Belastung auf das Substrat einwirkt. Gleichzeitig soll ein hoher Durchsatz möglich sein.
Zur Lösung der Aufgabe wird verfahrensmäßig im Wesentlichen vorgeschlagen, dass die Verfahrensschritte zur Anwendung gelangen:
Auftragen der Flüssigkeit auf den zumindest einen Bereich der Oberfläche im Überschuss und
berührungsloses Abtragen von überschüssiger Flüssigkeit von der Oberfläche auf zumindest einem Bereich.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Flüssigkeit auf den zumindest einen Bereich der Oberfläche im Überschuss mit einer Schichtdicke d3 mit d3 > d2 aufgetragen wird und dass anschließend bei entweder translatorisch bewegtem oder bei stationär angeordnetem Halbleiterbauelement überschüssige Flüssigkeit von der Oberfläche berührungslos in einem Umfang entfernt wird, dass die Flüssigkeitsschicht die Dicke d2 oder in etwa die Dicke d2 aufweist.
Somit bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen zumindest einer Funktionsschicht auf zumindest einen Bereich einer Oberfläche eines translatorisch bewegten oder stationär angeordneten Halbleiterbauelementes, wobei die Funktions Schicht eine Schichtdicke d\, die zum Ausbilden der Funktionsschicht der Schichtdicke di benötigte Flüssigkeit eine Schichtdicke d2 und die im Überschuss aufgetragene Flüssigkeit eine Schichtdicke d3 mit d3 > d2 aufweist und anschließend überschüssige Flüssigkeit von der Oberfläche berührungslos in einem Umfang entfernt wird, dass die Flüssigkeitsschicht die Dicke d2 oder in etwa die Dicke d2 aufweist. Erfindungsgemäß wird die Funktions Schicht ausgebildet, ohne dass das Substrat in Drehbewegung versetzt und somit unerwünschten Zentrifugalkräften ausgesetzt wird. Gleichzeitig ist ein hoher Durchsatz möglich, da das Substrat während der Ausbildung der Schichtdicke d2 entweder translatorisch bewegt oder stationär angeordnet wird.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das berührungslose Abtragen von überschüssiger Flüssigkeit durch Beaufschlagen der Flüssigkeit mittels zumindest eines Gasstroms bei gleichzeitiger Relativbewegung zwischen dem zumindest einen Gasstrom und dem Halbleiterbauelement erfolgt, wobei der Gasstrom zur von der Oberfläche aufgespannten Ebene auf einen Winkel ß mit 1° < ß < 90° einschließen sollte.
Flüssigkeit im Überschuss bedeutet dabei, dass sich auf der Oberfläche bzw. den mit der Funktionsschicht zu versehenen Bereich bzw. den Bereichen eine Flüssigkeitsschicht
ausbildet, die eine Dicke aufweist, die größer als die für die der herzustellende Funktionsschicht ist, und zwar vor einer etwaigen Temperaturbehandlung.
Erfindungsgemäß ist ein mehrstufiges Verfahren vorgesehen, bei dem in einem ersten Verfahrens schritt z. B. durch Sprühen, Nebeln, Tauchen oder andere Verfahren ein Flüssigkeit - wie Flüssigkeitsfilm bzw. eine Flüssigkeit- oder Flüssigkeitsschicht - auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements erzeugt wird. Dabei wird grundsätzlich die gesamte Oberfläche, auf der eine Funktions Schicht hergestellt werden soll, mit dem Flüssigkeitsüberschuss versehen. Aber es können auch einzelne Bereiche der Oberfläche mit dem Flüssigkeitsüberschuss versehen werden. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die nicht mit Flüssigkeit zu bedeckenden Schichten mit hydrophoben Eigenschaften versehen werden.
Die Halbleiterbauelemente können eine beliebige Form aufweisen, zeigen jedoch vorzugsweise eine plattenförmige Geometrie. Unabhängig hiervon kann die mit der zumindest einen Funktions Schicht zu versehene Oberfläche glatt, rau oder strukturiert sein, chemisch vorbehandelt oder in einem dem Material entsprechenden Grundzustand hydrophil oder hydrophob oder einer anderen Art und Weise vorbehandelt sein. Die Flüssigkeit ist auf die Funktion der zu erzeugenden Schicht ausgelegt und kann unterschiedliche Viskositäten aufweisen, lösemittelhaltig oder -frei sein, Mischungen von unterschiedlichen chemischen Bestandteilen und Verbindungen in unterschiedlichen
Mischungsverhältnissen enthalten.
Soll auf Bereichen der Oberflächen eine Funktions Schicht hergestellt werden, die hydrophob sind, so enthält die Flüssigkeit zumindest einen geeigneten Stoff, der die erforderliche Benetzung des Bereichs durch die Flüssigkeit ermöglicht. Somit wird der zumindest eine Gasstrom unter einem Winkel ß mit 1° < ß < 90° geneigt zur von der Oberfläche aufgespannten Ebene eingestellt.
Die Belegung des Halbleiterbauelementes mit Flüssigkeit erfolgt vorzugsweise einseitig, kann jedoch gegenüberliegende Oberflächen betreffen, wobei insbesondere Funktionsschichten nacheinander ausgebildet werden.
Die Flüssigkeit wird in einem Verfahrensschritt im Überschuss auf die Oberfläche aufgebracht, wobei bevorzugterweise das Halbleiterbauelement in die Flüssigkeit getaucht oder schwallartig beschichtet wird. Ein intensives Besprühen kommt gleichfalls in Frage. Zur Einstellung der gewünschten Benetzungseigenschaften ist - ohne eine Einschränkung der Erfindung vorzunehmen - insbesondere eine Einwirkungszeit von zwischen 1 sec und 30 min, insbesondere zwischen 0,1 min und 1 min vorgesehen.
Soll nicht die gesamte Oberfläche, sondern diese nur bereichsweise mit Flüssigkeit benetzt werden, so kann erwähntermaßen eine entsprechende Vorbehandlung in den gewünschten Bereichen erfolgen, um die Benetzungseigenschaften über die Oberfläche entsprechend einzustellen. So kann eine lokale Einstellung von z. B. hydrophoben oder hydrophilen Bereichen erfolgen, die über die Oberfläche entsprechend der gewünschten Struktur verteilt sind. Bei dem Aufbringen der Flüssigkeit im Überschuss kann unter Umständen eine eventuelle vorhandene Oxidschicht auf der Oberfläche entfernt oder aber auch gezielt aufgebracht werden.
Insbesondere wird beim Auftragen der Flüssigkeit im Überschuss eine Schicht mit einer Dicke im Bereich von 1000 μm bis 100 μm, insbesondere 250 μm bis 100 μm ausgebildet. Die Homogenität der entsprechenden Schicht sollte < + 10 %, bevorzugterweise zwischen 5 % und 10 % liegen.
Nachdem die Flüssigkeit im Überschuss aufgebracht, also ein relativ dicker Flüssigkeitsfilm ausgebildet ist, wird in einem zweiten Verfahrensschritt der Überschuss von Flüssigkeit berührungslos entfernt. Bei dem berührungslosen Entfernen kann als vorbereitender Schritt das Halbleiterbauelement schräg gestellt werden, um zumindest einen Teil des Flüssigkeitsüberschusses ablaufen zu lassen. Insbesondere ist jedoch vorgesehen, dass durch gezieltes Einwirken eines Gasstroms überschüssige Flüssigkeit entfernt wird. Dabei trägt der zumindest eine Gas ström von dem zumindest einen Bereich der Oberfläche des Halbleiterbauelementes Flüssigkeit bis zu einer verbleibenden Schichtdicke d2 mit 0,1 μm < d2 < 5 μm, insbesondere 0,5 μm < d2 < 1,95 μm mit einer Homogenität von + 10 %, insbesondere + 3 % ab.
Der Gasstrom weist dabei eine Richtung in Bezug auf die von der Oberfläche des Halbleiterbauelements aufgespannten Ebene auf, die zu dieser einen Winkel ß mit 1° < ß < 90° einschließt.
Um ein Zurückfließen von Flüssigkeit beim Entfernen dieser auszuschließen, ist in Weiterbildungen der Erfindung vorgesehen, dass das Halbleiterbauelement eine Abrisskante am in Relativbewegung srichtung hinteren Ende der Oberfläche aufweist, an dem Flüssigkeit abfließt. Hierdurch wird ein Zurücklaufen des ablaufenden Flüssigkeitsfilms verhindert bzw. stark reduziert. Die Abrisskante kann dabei beim Durchlaufen durch ein Ätzbecken erzeugt werden. Eine Abrisskante ist allerdings nicht zwingend, da die Flüssigkeit in alle Richtungen „wegspritzen" kann.
Der Gasstrom sollte mit einer Geschwindigkeit 1 m/s bis 25 m/s auf den zumindest einen Bereich auftreffen. Der Gasvolumendurchsatz pro cm des Halbleiterbauelementes quer zur Relativbewegung zwischen den Gas ström und dem Halbleiterbauelement sollte im Bereich zwischen 0,25 Nm3/h und 3,0 Nm3/h betragen. Die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Gasstrom und dem Halbleiterbauelement sollte zwischen 0,3 m/s und 3,0 m/s betragen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Halbleiterbauelement mehrfach nacheinander einem Gasstrom ausgesetzt wird, um sukzessiv Flüssigkeit zu entfernen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn nach Aufbringen der Flüssigkeitsschicht im Überschuss diese eine Dicke aufweist, dass sich bei der Beaufschlagung mit dem Gas eine Welle bildet, die bei der Endeinstellung der gewünschten Schichtdicke zu vermeiden ist, da andernfalls die erforderliche Homogenität nicht sichergestellt ist. Mit anderen Worten ist zunächst die Schichtdicke auf eine sogenannte Startschichtdicke einzustellen, bei der eine Wellenbildung im Wesentlichen unterbunden ist. Nach Ausbilden der Startschichtdicke, die im Bereich zwischen 21 μm und 99 μm liegt, erfolgt dann eine Dickenreduzierung durch Abblasen von überschüssiger Flüssigkeit bis auf eine Dicke zwischen 0,1 μm und 5,0 μm, insbesondere 0,9 μm und 1,9 μm, um die fluide Funktions Schicht herzustellen.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Halbleiterbauelement mehrfach in Bezug auf eine Grundverlaufsrichtung unter voneinander abweichenden Winkeln relativ zu den zumindest einen Gasstrom bewegt wird. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, streifenförmige und sich gegebenenfalls kreuzende Funktions schichten auszubilden, die die Funktion von Passivierungs- oder Maskierungs schichten ausüben können.
Aber auch bei nicht sich ändernder Grundverlaufsrichtung des Halbleiter Substrats können auf diesen streifenförmige Funktionsschichten dadurch ausgebildet werden, dass die Flüssigkeit im Überschuss aufweisende Schichten mit Gasströmen beaufschlagt werden, die voneinander abweichende Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Volumendurchsätze aufweisen mit der Folge, dass ein unterschiedliches mengenmäßiges Abtragen der Flüssigkeit erfolgt.
Nachdem das Halbleiterbauelement aufgrund des berührungslosen Abtragens von überschüssiger Flüssigkeit eine Flüssigkeits Schicht definierter Dicke aufweist, kann sich ein Temperaturbehandlungs schritt anschließen. So können leichtere flüchtige Bestandteile zunächst verdampft werden, um sodann den Rest in einer Ofenatmosphäre reagieren zu lassen.
Insbesondere können Oxidschichten gebildet werden, die mit den verbliebenen Komponenten der Flüssigkeit reagieren. Im Besonderen ist die Bildung von Glasschichten auf Silicium enthaltenden Halbleiterbauelementen zu erwähnen, deren Zusammensetzung durch das erfindungs gemäße Verfahren sehr genau eingestellt werden kann. Neben der Oxidation kann auch eine Nitridierung oder Carbonierung durchgeführt werden, sofern die Ofenatmosphäre entsprechend gewählt wird (N2 bzw. C-haltige Atmosphäre wie Methan, CO2). Die erforderliche Reaktionszeit bestimmt sich dabei aus den chemischen Eigenschaften der beteiligten Stoffe und der Oberflächenmorphologie des Halbleiterbauelementes.
So können Halbleiterbauelemente erfindungsgemäß mit einer Funktionsschicht versehen werden, die eine glatte oder texturierte Oberfläche aufweisen.
In einem Temperaturbehandlungsschritt besteht jedoch auch die Möglichkeit, Komponenten, die in der Ursprungsflüssigkeit vorhanden waren oder durch Reaktion mit dem Material des Halbleiterbauelementes entstanden sind, gezielt in dieses eindiffundieren zu lassen. So können z. B. Phosphor, Kohlenstoff, Bor o. ä. Elemente in das Halbleitermaterial wie z. B. Silicium, Germanium, IWV-, II/VI- Verbindungen eindiffundieren. Will man in einem Siliciumsubstrat z. B. eine n-leitende Schicht ausbilden, so wird als Flüssigkeit eine wässrige Phosphorsäureschicht aufgetragen. Wird demgegenüber eine p-leitende Schicht gewünscht, so wird z. B. eine wässrige Borsäureschicht eingesetzt.
Unabhängig hiervon sollte in dem Temperaturbehandlungs schritt die Funktionsschicht gewünschter Dicke in einen Zustand überführt werden, der eine effiziente Wechselwirkung in der Grenzfläche auf atomarer Ebene mit dem Volumen des beschichteten Substrats ermöglicht. Darunter ist insbesondere die Eindiffusion von atomaren Bestandteilen der Beschichtung in die oberflächennahen Bereiche des Substrats zu verstehen, die zu einer Veränderung der chemischen und physikalischen Eigenschaften des Materials führen. Dies betrifft die mechanischen Eigenschaften, wie z. B. die Härte aber auch die elektrischen Eigenschaften wie z. B. die Leitfähigkeit.
Eine Anordnung zum Herstellen zumindest einer Funktionsschicht auf zumindest einem Bereich eines Halbleiterbauelementes zeichnet sich dadurch aus, dass die Anordnung eine Flüssigkeitsaufbringeinrichtung sowie eine Gasstrom-Abgabeeinrichtung umfasst, die relativ zu dem Halbleiterbauelement verstellbar ist und eine Gasaustrittsöffnung aufweist, über die zu von der Oberfläche des Halbleiterbauelementes aufgespannter Ebene das Halbleiterbauelement mit Gas unter einem Winkel ß mit 1° < ß < 90° beaufschlagbar ist. Auch besteht die Möglichkeit, die Gasstrom- Abgabeeinrichtung um eine von der Ebene ausgehende Normale um einen Winkel γ mit 0° < γ < 90° zu drehen. Dabei kann die Gasaustrittsöffnung zu dem Halbleiterbauelement derart ausgerichtet sein, dass das Halbleiterbauelement in parallel zur Relativbewegung srichtung verlaufenden Bahnen mit Gas beaufschlagbar ist. Auch besteht nach einer besonders hervorzuhebenden Ausgestaltung der Erfindung die Möglichkeit, dass das Gas in den Bahnen voneinander abweichende Strahlungsgeschwindigkeiten und/oder Gasvolumendurchsätze aufweist.
Die Flüssigkeitsaufbringeinrichtung kann ein Tauchbecken, eine Sprüheinrichtung oder eine Schwalleinrichtung umfassen. Des Weiteren sieht die Erfindung vor, dass der Gasstrom-Abgabeeinrichtung eine Wärmebehandlungseinrichtung nachgeordnet wird.
Eine mögliche Ausführung zum Aufbringen der Flüssigkeitsschicht im ersten Verfahrensschritt, in dem die Flüssigkeit im Überschuss vorliegt, kann erfindungs gemäß durch Tauchen, Nebeln, Sprühen oder andere geeignete Verfahren erfolgen. Dabei wird volumenmäßig eine große Menge an Flüssigkeit aufgebracht, ohne dass es einer Kontrolle der Schichtdicke bedarf.
Bei der entsprechenden Nassbehandlung kann eine Reaktion der Flüssigkeitsschicht mit der Oberfläche des Halbleiterbauelementes, also z. B. eine chemische Reaktion so eingestellt werden, dass diese sich vorteilhaft auf die Funktion des Bauteils nach dessen Fertigstellung auswirkt. Durch entsprechende reaktive Chemikalien werden die Benet- zungs Verhältnisse, der Benetzungswinkel zwischen Flüssigkeit und Substratoberfläche in geeigneter Weise eingestellt. Hierzu können entsprechende Säuren, Basen, Redukti- ons-, Oxidationsmittel und oberflächenaktive Substanzen zum Einsatz gelangen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Halbleiterbauelement in dem zuvor erläuterten Nassverfahrensschritt über eine Rollenbahn in ein Tauchbecken gleitet und durch dieses in einer kontinuierlichen Bewegung hindurchgeführt wird. Die Verweilzeit sollte zwischen lsec und 30min liegen. Das Tauchbecken enthält die aufzubringende Flüssigkeit und ggf. weitere reaktionsfähige Chemikalien. Als aufzubringende Flüssigkeit mit geeignet eingestellter Viskosität dient bevorzugterweise eine bei niederen bzw. mittleren Temperaturen, also im Bereich zwischen 100° C und 800° C flüchtige Substanz in Reinform bzw. in einem Lösungsmittel gelöst, z. B. H3PO4, H3BO3, Amine oder ähnliche. Reaktive Zusatzkomponenten in dieser Flüssigkeit sind z. B. Säuren (HF, HCl, H2SO4), Basen (NH4OH, NR4OH (R=alkyl, aryl) NaOH, KOH, Na2CO3, K2CO3, Puffersubstanzen (NH4F, (NH4)3PO4), Oxidationsmittel (HNO3, H2O2), Reduktionsmittel (N2H4, NH2OH) o. ä..
Insbesondere ist vorgesehen, dass als die Flüssigkeit eine Flüssigkeit mit zumindest einer Komponente aus der Gruppe H3PO4, H3BO3, NH4F, H2O2, HF, NH4OH (Amine, Silazane), Na2CO3, K2CO3 verwendet wird, wobei die Konzentration der zumindest einen Komponente zwischen 2 m(Masse)-% und 100 m-% liegt. Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass als Flüssigkeit eine 5 m-% bis 30 m-% wässrige Lösung von H3PO4 oder H3BO3 verwendet wird. Auch kann z.B. als Flüssigkeit eine 2 m-% bis 5 m- %-ige Lösung von H3PO4 oder H3BO3 in Alkohol wie Methanol, Ethanol und/oder Isopropanol verwendet werden.
Unabhängig hiervon können Flüssigkeiten mit homogenen und/oder heterogenen Phasen wie Lösungen, Emulsionen oder Suspensionen verwendet werden.
Nach Verlassen des Tauchbeckens kann die relativ dicke Flüssigkeitsschicht, in der folglich Flüssigkeit im Vergleich zu der herzustellenden Funktions Schicht im Über- schuss vorliegt, durch Schrägstellen des Halbleiterbauelementes verringert werden. Dies ist jedoch kein zwingendes Merkmal.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zum Herstellen einer Funktionsschicht,
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung eine Anordnung zum Entfernen von Flüssigkeit von einem Substrat,
Fig. 3 die Anordnung gemäß Fig. 2 in Seitenansicht,
Fig. 4 eine Anordnung zum strukturierten Abtragen von Flüssigkeit von einem
Substrat in Draufsicht, Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Anordnung in Vorderansicht,
Fig. 6a - 6d Darstellungen eines mit einer Funktions Schicht zu versehenen Substrats entsprechend des Verfahrensfortschritts,
Fig. 7 Übergangsbereich zwischen Schichten unterschiedlicher Dicken,
Fig. 8 Verlauf einer Flüssigkeitsschicht in Abhängigkeit einer Abrisskante und
Fig. 9 ein Fließbild des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Anhand der nachstehenden Figuren wird die erfindungs gemäße Lehre zur Herstellung von einer oder mehreren Funktions schichten auf einen Halbleitersubstrat erläutert. Dabei sollen Funktions schichten hergestellt werden, die eine homogene Schichtdicke vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 μm bis 5μm aufweisen. Die Schichten sollen mit hoher Reproduzierbarkeit hergestellt werden und mit einem Durchsatz, der eine Massenanfertigung ermöglicht.
Wird anhand der Ausführungsbeispiele auch eine Wärmebehandlung berücksichtigt, so handelt es sich hierbei um ein nicht zwingendes Merkmal, gleichwenn dies bevorzugt ist.
Die Erfindung wird des Weiteren nachstehend anhand von Halbleiterbauelementen bzw. Substraten dieser erläutert, die insbesondere für Solarzellen bestimmt sind, ohne dass hierdurch eine Beschränkung der erfindungsgemäßen Lehre erfolgen soll.
Bezüglich der auf die Substrate aufzutragenden Flüssigkeitsschichten ist anzumerken, dass gewünschte Viskositäten eingestellt werden können, also auch zähflüssige Fluide unter dem Begriff Flüssigkeit zu subsumieren sind. Erfindungsgemäß wird auf ein Substrat zunächst eine Flüssigkeitsschicht in Überschuss aufgetragen. Überschuss bedeutet dabei, dass die Schicht eine Dicke aufweist, die dicker als diejenige ist, die für die gewünschte Dicke der Funktionsschicht erforderlich ist.
Um eine entsprechende Flüssigkeitsschicht im Überschuss aufzutragen, werden entsprechend der Fig. 1 Substrate 10 durch ein Tauchbecken 12 hindurchgeführt. Hierzu kann eine Rollenbahn oder ein gleich wirkendes Transportmedium benutzt werden. Das Tauchbecken 12 enthält die aufzubringende Flüssigkeit 8 sowie gegebenenfalls weitere reaktionsfähige Chemikalien. Als Flüssigkeit dient vorzugsweise eine bei niederen bis mittleren Temperaturen, also vorzugsweise im Bereich zwischen 1000C und 8000C flüchtige Substanz in Reinform bzw. in einem Lösungsmittel gelöst, z.B. H3PO4, H3BO3, Amine oder ähnliche. Reaktive Zusatzkomponenten in dieser Flüssigkeit sind z.B. Säuren (HF, HI, H2SO4), Basen (NH4OH, HR4OH (R=alkyl, aryl) NaOH, KOH, Na4COS, K2CO3, Puffersubstanzen (NH4F, (NH4)3PO4), Oxidationsmittel (HNO3, H2O2) Reduktionsmittel (N2H4, NH2OH) o. ä..
Die Verweilzeit in dem Tauchbecken 12 sollte bevorzugterweise im Bereich zwischen 0,1 min. und 1 min. liegen.
Sofern die gesamte Oberfläche des Substrats 10 mit einer Flüssigkeitsschicht im Überschuss versehen werden soll, die Oberfläche jedoch hydrophobes Verhalten zeigt, wird der Flüssigkeit ein Tensid beigegeben.
Sofern die Behandlung des Substrats 10 nicht über die gesamte Oberfläche erfolgen soll, kann eine entsprechende Vorbehandlung an den gewünschten Stellen erfolgen, um die Benetzungseigenschaften einzustellen. Dies bedeutet eine lokale Einstellung von z. B. hydrophoben oder hydrophilen Bereichen, die über die Oberfläche des Substrats entsprechend der gewünschten Struktur verteilt sind.
Während des Transports durch die Flüssigkeit 8 können gegebenenfalls eventuell vorhandene Oxidschichten auf dem Substrat 10 entfernt oder diese gezielt aufgebracht werden, je nachdem wie die Flüssigkeit zusammengesetzt ist, d. h. welche Substanzen in dieser enthalten sind. Insoweit wird jedoch auf hinlänglich bekannte Techniken verwiesen.
Während oder nach dem Verlassen des Tauchbeckens 12 wird das Substrat 10 vorzugsweise gekippt, um Flüssigkeit definiert abfließen zu lassen. Um ein Zurückfließen der Flüssigkeit aufgrund vorhandener Kohäsionskräfte zu vermindern, sollte das Substrat 10 an der Kante, an der die Flüssigkeit abfließt, als Abrisskante ausgebildet sein, wie dies anhand der Fig. 8 erläutert wird. Die Abrisskante ist jedoch kein zwingendes Merkmal.
Um sodann die auf dem Substrat 10 befindliche Schichtdicke zu reduzieren, wird das Substrat 10 unter einem Gasstrom hindurchgeführt, wie sich dies aus den Fig. 2 und 3 prinzipiell ergibt. Entsprechende Gas Stromzuführungseinrichtungen sind in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 14, 16 gekennzeichnet. Dabei ist es nicht erforderlich, dass das Substrat 10 mehreren Gasströmen nacheinander ausgesetzt wird. Vielmehr kann gegebenenfalls eine einzige Gas Stromzuführung seinrichtung ausreichen.
Des Weiteren befindet sich seitlich und unter unterhalb des Transportweges der Substrate 10 eine Gasabsaugvorrichtung 18, um das auf das Substrat 10 auftreffende und abgeleitete bzw. an dem Substrat 10 vorbeiströmende Gas abzusaugen. Unterhalb des Transportweges des Substrats 10 ist des Weiteren eine Flüssigkeitsauffangwanne 20 vorgesehen, um entfernte Flüssigkeit zu sammeln und über eine Leitung 22 dem Tauchbecken 12 wieder zuzuführen.
Wie sich aus den Fig. 2 und 3 ergibt, befindet sich zumindest oberhalb des Substrats 10 eine Gasstromzuführungseinrichtung 14, 16, die eine Schlitzdüse 24 aufweisen kann, um zielgerichtet das Gas auf das Substrat 10 auftreffen zu lassen. Anstelle einer Schlitzdüse 24 können auch in gewohnter Weise Lochdüsen verwendet werden, die in einer Reihe oder versetzt zueinander angeordnet sind. Die Lochdüsen können gleiche oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Das Substrat 10 weist entsprechend der Fig. 6a kann nach dem Tauchvorgang eine relativ große Schichtdicke auf, die dazu führen kann, dass durch den auftreffenden Luftstrom (Pfeile 26) eine Flüssigkeitswelle 28 entsteht, die dazu führt, dass die Schichtdicke im vorderen Bereich geringer als im hinteren Bereich ist. Diese Situation ist durch die punktierte Linie 30 in Fig. 6a prinzipiell verdeutlicht. Um diesen Effekt zu minimieren, erfolgt ein zwei- oder mehrstufiger Prozess derart, dass sich ein Film einstellt, der über den gesamten Bereich des Substrats 10, der mit einer Funktionsschicht zu versehen ist, eine gleich bleibende Dicke vorliegt, wie sich dies aus den Fig. 6b und 6c ergibt.
Die unerwünschte Welle 28 kann dadurch reduziert bzw. vermieden werden, dass das Substrat 10 mit einer Abrisskante 52 versehen wird, wie dies anhand der Fig. 8 rein prinzipiell verdeutlicht werden soll. Eine entsprechende Abrisskante 52 stellt im eigentlichen Sinne eine gebrochene Abschlusskante 50 des Substrats 10 dar. Mit anderen Worten zeigt die Abrisskante 52 einen im Wesentlichen stetig gekrümmten Verlauf. Dies kann z. B. durch Ätzen erzielt werden. Weist das Substrat 10 eine entsprechende Abrisskante 52 auf, so wird die Flüssigkeitswelle 28 vermieden, wie die gestrichelte Darstellung verdeutlicht.
Liegen Schichtdicken vor, die dicker als 100 μm sind, so kann sich die in Fig. 6a dargestellte Welle 30 mit der Folge ergeben, dass zunächst in einem ersten Schritt die Schichtdicke soweit reduziert werden muss, dass sich die Restfilmstärke über die Oberflächenspannung wieder auf eine homogene Schichtdicke entspannt (Startschichtdicke). Dies ergibt sich aus der Fig. 6a durch die gestrichelte Linie 32. Um ein diesbezügliches Schichtdickenprofil zu erzielen, wird der im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 über den Düsenschlitz 24 abgegebene Luftstrom in Bezug auf das Substrat 10 wie folgt eingestellt:
Abstand zur Substratoberfläche (h) von 10 - 50 mm, bevorzugt 20 - 30 mm, Gasgeschwindigkeit (v) von 1 - 15 m/s, bevorzugt 5 -10 m/s, Gasgeschwindigkeitshomogenität über die Breite der Anwendung mit einer Schwankungsbreite von maximal +/-10 %, bevorzugt kleiner als +/-5 %, Volumenstrom pro cm Substratbreite von 0,25 - 2,0 Nm3/h, bevorzugt 0,5 -
1,5 Nm3/h,
Anstellwinkel (ß) der Strömung von 45° - 70°, bevorzugt 45° - 60°,
Vorschubgeschwindigkeit des Substrates von 0,3 - 3,0 m/s, bevorzugt 0,7
- 1,5 m/s,
Temperatur von 20 - 30 0C, bevorzugt 20 - 25 0C mit einer Homogenität von
+/- 1 - 20C.
Nachdem von dem Substrat 10 unter Berücksichtigung zuvor angegebener Parameter Flüssigkeit entfernt wird, ergibt sich eine Schicht 34 einer Dicke, die im Bereich zwischen 21 μm und 100 μm vorzugsweise zwischen 30 μm und 50 μm liegt.
Um sodann nachfolgend die Reduktion der Schicht 34 auf eine Restfilmdicke im Bereich zwischen 0,1 μm und 5 μm, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 μm und 1,9 μm einzustellen, sind folgende Parameter bevorzugterweise zu wählen:
Abstand zur Substratoberfläche (h) von 1 - 20 mm, bevorzugt 5 - 10 mm, Gasgeschwindigkeit (v) von 5 - 25 m/s, bevorzugt 10-18 m/s, Gasgeschwindigkeitshomogenität über die Breite der Anwendung mit einer Schwankung von maximal +/-10%, bevorzugt kleiner als +/-5 % (dies wird dadurch erreicht, dass sich der Gasstrom ungehindert ausbreiten kann), Volumenstrom pro cm Substratbreite von 0,5 - 3,0 Nm3/h, bevorzugt 1,5 - 2,0 Nm3/h,
Anstellwinkel (ß) der Strömung von 70°- 90° bevorzugt 80°- 90°, Vorschubgeschwindigkeit des Substrates von 0,3 - 3,0 m/s, bevorzugt 0,7 - 1,5 m/s .
Eine Überprüfung der während der einzelnen Verfahrens schritte sich ausbildenden Schichten kann über den Gewichtsauftrag bzw. dessen Messung oder über optische Verfahren wie Ellipsometrie bestimmt werden. Die Schichthomogenität selbst kann nach dem jeweiligen Ablassschritt optisch eingeschätzt werden. Wie sich aus der Fig. 2 ergibt, kann auch unterhalb des Substrats 10 eine Luftstromzuführungseinrichtung 38 vorgesehen sein, wie diese oberhalb des Substrats ausgebildet ist.
Die Fig. 4 und 5 sollen verdeutlichen, dass nicht zwingend die gesamte Oberfläche des Substrats 10 mit einem einheitlichen Luftstrom beaufschlagt werden muss. Vielmehr kann eine lokale Strukturierung der Funktions Schicht bzw. -schichten erfolgen. So besteht die Möglichkeit, den von der Luftstromzuführungseinrichtung 14, 16 abgegebenen Luftstrom in gewünschten Bereichen auszublenden, in denen eine Reduktion der Schichtdicke nicht erfolgen soll.
Hierzu kann der Luftstrom abgeschattet werden. So kann eine Blende 40 oder ein gleichartiges Element zwischen der Luftstromzuführungseinrichtung 14, 16 und dem Substrat 10 vorgesehen sein. Auch besteht die Möglichkeit, Luftstromzuführungsein- richtungen zu verwenden, die eine Quererstreckung zu dem Substrat 10 aufweisen, die nur einen gewünschten streifenförmigen Bereich abdeckt.
Aus den Figuren ergibt sich, dass mit Hilfe einer entsprechenden Anordnung auf das Substrat 10 in dem Bereich, in dem der Luftstrom abgedeckt ist, eine relativ dicke Schicht 42 und in dem von dem Luftstrom beaufschlagten Bereich eine dünne Schicht 44 erzeugbar ist.
Damit die dicke Schicht 42 nicht auf der gesamten Oberfläche des Substrats 10 verläuft, sollte die Gesamtschichtdicke, bevor das Substrat 10 den teilweise abgeschatteten Gasstrom durchläuft (Fig. 4, Fig. 5), eine Schichtdicke von 15 μm +/- 5 μm aufweisen, um bei der Reduzierung der Schichtdicke zu der Schicht 44 ein Verlaufen der dickeren Schicht 42 zu vermeiden. Ungeachtet dessen ergibt sich zwischen den Schichten 42, 44 ein Übergangsbereich 46, wie die Fig. 7 prinzipiell verdeutlicht.
Um eine Vordünnung auf die Schichtdicke 15 μm +/- 5 μm zu erreichen, sollten folgende Parameter eingehalten werden: Abstand zur Substratoberfläche (h) von 5 - 20 mm, bevorzugt 10 - 15 mm,
Gasgeschwindigkeit (v) von 5 - 15 m/s, bevorzugt 10 - 15 m/s,
Gasgeschwindigkeitshomogenität über die Breite der Anwendung mit einer
Schwankungsbreite von maximal +/-10 %, bevorzugt kleiner als +/- 5 %,
Volumenstrom pro cm Substratbreite von 0,5 - 2,0 Nm3/h, bevorzugt 1,0 -
1,5 Nm3/h,
Anstellwinkel (ß) der Strömung von 45°- 90°, bevorzugt 70° - 80°,
Vorschubgeschwindigkeit des Substrates von 0,3 - 3,0 m/s, bevorzugt 0,7 -
1,5 m/s,
Temperatur von 20 - 30 0C, bevorzugt 20 - 25 0C mit einer Homogenität von
+/-1 - 20C .
Anschließend wird das Substrat 10 durch eine der Fig. 4 und 5 zu entnehmende Gasstromzuführungseinrichtungen mit teilweise verschlossenem Bereich bzw. Abschattung hindurchgeführt, um entsprechend der erläuterten Parameter in dem von dem Gasstrom beaufschlagten Bereich eine Schichtdicke zwischen 0,1 μm und 5 μm, bevorzugterweise zwischen 0,5 μm und 1,9 μm zu erzielen, d. h. für die Dicke der Schicht 44.
Zu der Gas Stromabgabeeinrichtung 14, 16, also insbesondere zu dem Düsenbalken ist anzumerken, dass dieser nicht nur höhenverstellbar zu dem Substrat und schwenkbar um den Winkel ß zu diesem ausgebildet ist, sondern auch um eine senkrecht von der von der Substratoberfläche aufgespannten Ebene verlaufende Normale drehbar ist. Dies wird durch den Winkel γ in der Fig. 2 angedeutet. Dabei kann der Düsenbalken von einer Stellung senkrecht zur Transportrichtung des Substrats 10 (γ = 0°) bis zu einer Parallelausrichtung (γ = 90°) gedreht werden.
Nachdem die gewünschte Schichtdicke (Schicht 36, 44) erzielt ist, kann entsprechend der Fig. 1 eine thermische Behandlung erfolgen.
So kann das Substrat 10 zunächst einer erhöhten Temperatur ausgesetzt werden, um leichter flüchtige Bestandteile zu verdampfen. Der Rest der Flüssigkeit kann sodann in der Atmosphäre eines Ofens 46 reagieren. Insbesondere können in dieser Phase Oxid- schichten gebildet werden, die mit den verbliebenen Komponenten der Flüssigkeit reagieren. Insbesondere ist die Bildung von Glasschichten auf Silizium enthaltenen Substraten zu erwähnen, deren Zusammensetzung durch das beschriebene Verfahren sehr genau eingestellt werden kann. Neben der Oxidation kann durch diesen Prozessschritt auch eine Nitridierung, eine Carbonierung durchgeführt werden, wenn die Ofenatmosphäre entsprechend gewählt wird (z. B. N2 bzw. C-haltige Atmosphäre wie Methan, CO2).
Die notwendige Reaktionszeit in diesem Prozessschritt bestimmt sich aus den chemischen Eigenschaften der beteiligten Stoffe und der Oberflächenmorphologie des Substrats 10.
Ferner kann in einem zweiten Temperaturprozess aus der so gebildeten Funktionsschicht, die aus der Flüssigkeitsschicht 36 gebildet ist, eine Komponente, die in der ursprünglichen Flüssigkeit vorhanden oder durch Reaktion mit dem Substrat 10 entstanden ist, gezielt in das Volumen des Substrats 10 eindiffundieren. Dies können Phosphor, Kohlenstoff, Bor oder ähnliche Elemente sein, die in das Substratmaterial wie z.B. Silizium, Germanium, IWV-, WVI- Verbindungen eindiffundieren.
Enthält die Flüssigkeit Phosphorsäure, so kann in einem aus Silizium bestehenden Substrat eine n-leitende Schicht erzeugt werden. Bei der Verwendung von Borsäure kann eine p-leitende Schicht gebildet werden.
Bezüglich des Gasstroms ist anzumerken, dass bevorzugte Gase Luft, N2, Edelgase oder Mischungen mit Reaktivgasen zur Unterstützung der Reaktion mit der Oberfläche oder lokale Veränderung oder Viskosität z. B. HF, HCL, NH3 zu nennen sind. Die Gastemperatur kann dabei zwischen -70 0C und +300 0C eingestellt werden.
Das Trocknen in dem Ofen 46 sollte dabei in einem Umfang erfolgen, dass sich die Dicke der Schicht 48 auf einen Wertebereich zwischen 0,0 lμm und 0,3μm einstellt. Des Weiteren ist darauf hinzuweisen, dass nicht zwingend die Reduktion der Flüssigkeitsschichtdicke ausschließlich durch Beaufschlagen mit einem Gasstrom erfolgen muss, gegebenenfalls nach zuvor erfolgtem Ablaufenlassen von Flüssigkeit durch Kippen des Substrats 10. Vielmehr können zur Reduktion der Belegungsmenge an Flüssigkeit auf dem Substrat 10 auch thermische Zwischenschritte eingesetzt werden, die durch Verdunsten eines Teils der Flüssigkeit zu einer reduzierten Flüssigkeitsmenge führt und z. B. chemische Reaktionen der Flüssigkeit mit der Bauteiloberfläche unterstützen. Es besteht auch die Möglichkeit, eine Aufkonzentration von gezielt zugesetzten Bestandteilen in der Flüssigkeit.
Nachstehend sollen bevorzugte Anwendungsfälle von Funktionsschichten auf Substraten erläutert werden, die aus Silizium bestehen.
Um z. B. Maskier- oder Passivierungsschichten zu erzeugen, kann nach dem Aufbringen der Funktions schicht eine chemische Reaktion mit der Siliziumoberfläche in einem thermischen Schritt durchgeführt werden.
Folgende Funktions schichten können hergestellt werden:
Funktionsschicht SiO2 (Siliziumdioxid oder Gläser) z. B. über die Reaktion mit Oxidationsmitteln wie Luft, Sauerstoff, Ozon, Was- serstoffperoxidH2O2 , Salpetersäure HNO3;
Funktionsschicht glasartige Stoffe (Phosphor-, Borsilikatverbindungen/Gläser z. B. über die Reaktion mit Phosphorsäure, Borsäure; eventuell auch in Lösungen mit Alkohol wie Methanol, Ethanol, Isopropanol;
Funktionsschicht Si3N4 (Siliziumnitrid) oder SiXNY z. B. durch die Reaktion mit Ammoniakgas oder Aminlösungen oder N2;
Funktionsschicht SiC (Siliziumcarbid) z. B. durch die Reaktion mit Karbonat- Lösungen oder Gasen wie CO2, Alkane;
Funktionsschicht ausgebildet als Primerschicht, Haftvermittler und/oder andere monomolekulare Lagen z. B. Surfactants, Additive; HMDS (Hexamethylendisilazan). Funktionsschichten im BuIk- Silizium können zur Dotierung genutzt werden. Dies wird zur Erzeugung einer Funktionsschicht mit anschließender weiterer Reaktion mit dem Bulk-Silizium und anschließendem Eintreiben des Dotierelements erreicht:
Phosphor: Erzeugung von Phosphor silikatverbindung an der Oberfläche z. B. Phosphorsäure, Phosphorsäureester; Arsen: Erzeugung von arsenhaltigen Gläsern z. B. mit Arsensäure, Arsensäureester; Bor: Erzeugung mit Borsilikatverbindung z. B. mit Borsäure, Borsäureester; Gallium: Erzeugung von Galliumsilikatverbindung z. B. mit Gallatestern.
Nach dem Aufbringen erfolgt zuerst eine Reaktion mit der Siliziumoberfläche und anschließend wird in einem zweiten Temperaturschritt der gebildete Dotierstoff ins Silizium eingetrieben.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass auf dem Substrat streifenförmige Funktionsschichten aufgebracht werden, die sich z. B. kreuzen oder andere Muster bilden. Hierzu ist es erforderlich, das Substrat 10 unter unterschiedlichen Richtungen zu einer Vorzugsrichtung des Substrats zu dem Gasstrom auszurichten, der derart ausgebildet sein muss, dass bevorzugt nur streifenförmig die Oberfläche des Substrats beaufschlagt wird mit der Folge, dass allein in diesen Bereichen unter Berücksichtigung der Erläuterungen zu den Fig. 4 und 5 gewünschte dünne Schichten ausbildbar sind.
Entsprechend der Fig. 4 und 5 oder der zuvor angesprochenen lokalen Strukturierung der Oberfläche ergibt sich bei einem nachfolgenden thermischen Schritt ein Oberflächenanteil mit hoher und ein Oberflächenanteil mit niedriger Auftragsmenge des aufgebrachten Stoffs. Die Konzentration des aufzubringenden Stoffs in der Lösung sollte nun so gewählt werden, dass die lokal verbliebene dünne Schicht 44 beim nachfolgenden thermischen Prozessschritt nicht die erforderliche Wirkkonzentration erreicht, d. h. z. B. eine elektrische, chemische und/oder strukturierte Veränderung des betroffenen Oberflächenbereichs. Dies sei anhand nachstehenden Beispiels näher erläutert.
Es wird auf Grund der erfindungsgemäßen Lehre eine Ätzbarriere aus Siliziumverbindung aufgebracht wie z. B. Siliziumnitrid. Die Ätzbarriere wird durch die dicke Schicht 42 gebildet. Wählt man ein Ätzmedium so, dass die dünne Schicht 44 nach kurzer Zeit abgeätzt wird, die dickere Schicht 42 aber den Angriff um den Faktor der Schichtdickendifferenz länger standhält, so wird auf Grund der erfindungsgemäßen Lehre eine Maskierung zur Verfügung gestellt, die ausschließlich durch das Auftragen der Funktionsschichten und deren erläuterter Behandlung gebildet wird. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass der Übergangsbereich zwischen der dünnen Schicht 44 und der dicken Schicht 42 und damit die Maskierung keine scharfen Konturen aufweist (s. Fig. 7), sondern durch ein mehr oder weniger starkes Verlaufen der dicken Schicht 42 in den Grenzen gekennzeichnet ist.
Zu dem Substrat 10 ist Folgendes anzumerken. Als Substrat 10 können p- oder n- dotierte mono- oder multikristalline Siliziumscheiben mit einer Scheibendicke zwischen 40 μm und 500 μm verwendet werden. Dabei kann das Substrat 10 als rechteckige mono- oder multikristalline Siliziumscheiben mit einer Scheibendicke zwischen 40 μm und 500 μm verwendet werden.
Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass als Substrate rechteckige mono- oder multikristalline Siliziumscheiben mit einer Scheibendicke zwischen 40 μm und 220 μm mit einer Kantenlänge von 100 mm bis 400 m, bevorzugt 120 mm - 160 mm verwendet werden.
Das erfindung s gemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäßen Verfahrens schritte sind dem selbsterklärenden Fließbild gemäß Fig. 9 noch einmal zu entnehmen.

Claims

PatentansprücheVerfahren und Anordnung zum Herstellen einer Funktions Schicht auf einem Halbleiterbauelement
1. Verfahren zum Herstellen zumindest einer Funktions Schicht auf zumindest einem Bereich einer Oberfläche eines Halbleiterbauelementes, insbesondere Solarzelle, durch Aufbringen einer Flüssigkeit auf zumindest den einen Bereich, wobei die Funktionsschicht eine Schichtdicke d\ aufweist und die zum Ausbilden der Funktionsschicht der Dicke d\ benötigte Flüssigkeit eine Schichtdicke d2 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit auf den zumindest einen Bereich der Oberfläche im Über- schuss mit einer Schichtdicke d3 mit d3 > d2 aufgetragen wird und dass anschließend bei entweder translatorisch bewegtem oder bei stationär angeordnetem Halbleiterbauelement überschüssige Flüssigkeit von der Oberfläche berührungslos in einem Umfang entfernt wird, dass die Flüssigkeitsschicht die Dicke d2 oder in etwa die Dicke d2 aufweist.
2. Verfahren zum Herstellen zumindest einer Funktions Schicht auf zumindest einem Bereich einer Oberfläche eines Halbleiterbauelementes, insbesondere Solarzelle durch Aufbringen einer Flüssigkeit auf zumindest den einen Bereich, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte
Auftragen der Flüssigkeit auf den zumindest einen Bereich der Oberfläche im Überschuss und
berührungsloses Entfernen von überschüssiger Flüssigkeit von der Oberfläche.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das berührungslose Entfernen durch Beaufschlagen der Flüssigkeit mittels zumindest eines Gasstroms bei gleichzeitiger Relativbewegung zwischen dem zumindest einen Gas ström und dem Halbleiterelement erfolgt.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Halbleiter Substrat eine Schicht mit funktionalen chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften ausgebildet wird, die durch Einwirkung von Wärme und/oder reaktiver Gasatmosphäre bestehend aus bzw. und/oder enthaltend Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe zu veränderten Substrateigenschaften von der Oberfläche des Substrats ausgehend in das Volumen des Substrats führen.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem berührungslosen Entfernen der überschüssigen Flüssigkeit das Substrat einer thermischen Behandlung unterzogen wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht aus mehreren Schichten ausgebildet wird.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht mit dem Material des Halbleiterbauelementes chemisch reagiert.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auftragen der Flüssigkeit im Überschuss das Halbleiterbauelement in die Flüssigkeit eingetaucht, mit der Flüssigkeit schwallartig beschichtet und/oder mit der Flüssigkeit besprüht wird.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als die Flüssigkeit eine Flüssigkeit mit zumindest einer Komponente aus der Gruppe H3PO4, H3BO3, NH4F, H2O2, HF, NH4OH (Amine, Silazane), Na2CO3, K2CO3 verwendet wird, wobei die Konzentration der zumindest einen Komponente zwischen 2 m(Masse)-% und 100 m-% liegt.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit eine 5 m-% bis 30 m-% wässrige Lösung von H3PO4 oder H3BO3 verwendet wird.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit eine 2 m-% bis 5 m-%-ige Lösung von H3PO4 oder H3BO3 in Alkohol wie Methanol, Ethanol und/oder Isopropanol verwendet wird.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit eine die Oberfläche anätzende Flüssigkeit wie eine HF oder HNO3 oder KOH enthaltende Flüssigkeit verwendet wird.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei hydrophoben Eigenschaften des zumindest einen Bereichs der Oberfläche des Halbleiterbauelementes eine zumindest ein Tensid enthaltende Flüssigkeit verwendet wird.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Gasstrom von dem zumindest einen Bereich der Oberfläche Flüssigkeit bis zu einer verbleibenden Schichtdicke zwischen 0,1 μm und 5 μm insbesondere zwischen 0,5 μm und 1,9 μm abträgt.
15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Gasstrom unter einem Winkel ß mit 1° < ß < 90° geneigt zur von der Oberfläche aufgespannten Ebene eingestellt wird.
16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass quer zur Relativbewegungsrichtung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem zumindest einen Gasstrom das Halbleiterbauelement über insbesondere seine gesamte Quererstreckung mit dem zumindest einen Gasstrom beaufschlagt wird.
17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass quer zur Relativbewegung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem zumindest einen Gasstrom das Halbleiterbauelement mit Teilgasströmen beaufschlagt wird, die voneinander abweichende Gasgeschwindigkeiten und/oder Gasvolumendurchsätze aufweisen.
18. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Gasstrom über eine Austrittsöffnung insbesondere in Form einer Schlitzdüse oder entlang einer Geraden angeordneten Einzeldüsen auf den zumindest einen Bereich der Oberfläche des Halbleiterbauelementes abgestrahlt wird.
19. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom mit einer Geschwindigkeit v mit 1 m/s < v < 25 m/s auf den zumindest einen Bereich der Oberfläche des Halbleiterbauelementes auftrifft.
20. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement mehrfach und in Bezug auf eine Grundvorzugsrichtung unter voneinander abweichenden Winkeln relativ zu dem zumindest einen Gas ström bewegt wird.
21. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement mehrfach einem Gasstrom oder dem Gasstrom ausgesetzt wird, wobei zur Erzielung einer Dicke der Funktionsschicht im Bereich zwischen 21 μm und 99 μm, vorzugsweise 30 μm und 50 μm folgende Parameter gewählt werden:
Abstand zur Substratoberfläche (h) von 10-50 mm, bevorzugt 20 - 30 mm, Gasgeschwindigkeit (v) von 1- 15 m/s, bevorzugt 5-10 m/s, Gasgeschwindigkeitshomogenität über die Breite der Anwendung mit einer Schwankungsbreite von maximal +/-10 %, bevorzugt kleiner als +1-5%, Volumenstrom pro cm Substratbreite von 0,25 - 2,0 Nm3/h, bevorzugt 0,5 - 1,5 Nm3/h, Anstellwinkel (ß) der Strömung von 45° - 70°, bevorzugt 45° - 60°, Vorschubgeschwindigkeit des Substrates von 0,3 - 3,0m/s, bevorzugt 0,7 -
1,5 m/s,
Temperatur von 20 - 300C, bevorzugt 20-250C mit einer Homogenität von
+/-1-20C.
22. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer homogenen Schichtdicke der Funktions Schicht im Bereich zwischen 0,1 μm und 5 μm, bevorzugterweise zwischen 0,5 μm und 1,9 μm, folgende Parameter gewählt werden:
Abstand zur Substratoberfläche (h) von 1 -20 mm, bevorzugt 5- 10 mm, Gasgeschwindigkeit (v) von 5-25 m/s, bevorzugt 10- 18 m/s, Gasgeschwindigkeitshomogenität über die Breite der Anwendung mit einer Schwankungsbreite von maximal +/-10%, bevorzugt kleiner +/-5 %, Volumenstrom pro cm Substratbreite von 0,5-3,0 Nm3/h, bevorzugt 1,5 - 2,0 Nm3/h,
Anstellwinkel (ß) der Strömung von 70° - 90°, bevorzugt 80° - 90°, Vorschubgeschwindigkeit des Substrates von 0,3 - 3,0 m/s, bevorzugt 0,7 - 1,5 m/s.
23. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer Schichtdicke von 15 μm +/- 5 μm folgende Parameter gewählt werden:
Abstand zur Substratoberfläche (h) von 5-20 mm, bevorzugt 10 - 15mm, Gasgeschwindigkeit (v) von 5- 15 m/s, bevorzugt 10- 15 m/s, Gasgeschwindigkeitshomogenität über die Breite der Anwendung mit einer Schwankungsbreite von maximal +/-10 %, bevorzugt kleiner +/- 5%, Volumenstrom pro cm Substratbreite von 0,5 - 2,0 Nm3/h, bevorzugt 1,0 - 1,5 Nm3/h, Anstellwinkel (ß) der Strömung von 45° - 90°, bevorzugt 70° - 80°, Vorschubgeschwindigkeit des Substrates von 0,3 - 3,0 m/s, bevorzugt 0,7 - 1,5 m/s,
Temperatur von 20 - 3O0C, bevorzugt 20 - 250C mit einer Homogenität von +/- 1 - 20C.
24. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Substrats mit lokal strukturierter Funktionsschicht versehen wird, wobei die Oberfläche mit der Funktionsschicht über eine Fläche zwischen 1 % - 50 %, bevorzugterweise zwischen 5 % und 20 % der Oberfläche abgedeckt wird.
25. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbleiterbauelement mit einem Substrat in Form einer mono- oder multikristallinen Siliziumscheibe verwendet wird.
26. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als multikristalline Siliziumscheibe eine solche verwendet wird, die nach dem EFG- Verfahren hergestellt ist.
27. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat p- oder n-dotierte mono- oder multikristalline Siliziumscheiben mit einer Scheibendicke zwischen 40 μm und 500 μm verwendet werden.
28. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat rechteckige mono- oder multikristalline Siliziumscheiben mit einer Scheibendicke zwischen 40 μm und 500 μm verwendet werden.
29. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrate rechteckige mono- oder multikristalline Siliziumscheiben mit einer Scheibendicke zwischen 40 μm und 220 μm mit einer Kantenlänge von 100 mm bis 400 m, bevorzugt 120 mm - 160 mm verwendet werden.
30. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktions Schicht auf die Oberfläche aufgebracht wird, die während des Auftragens der Flüssigkeit die Oberfläche anätzt.
31. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche der Oberfläche des Halbleiterbauelementes mit Gasströmen mit voneinander abweichenden Gasvolumendurchsätzen und/oder Gasgeschwindigkeiten beaufschlagt werden.
32. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas ein solches verwendet wird, das besteht aus oder enthält Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoff, Edelgas.
33. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas Luft verwendet wird.
34. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas ein Reaktivgas verwendet wird.
35. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktivgas HF, HCl, HNO3 und/oder NH3 enthält.
36. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleiterbauelement ein solches verwendet wird, das in Fließrichtung der zu entfernenden überschüssigen Flüssigkeit an seinem hinteren Ende eine Abreißkante aufweist, die insbesondere als gebrochene Kante ausgebildet ist bzw. einen gebogenen bzw. gekrümmten Verlauf aufweist.
37. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht eine Dotierstoffquelle zur Erzeugung eines Diffusionsprofils in dem Halbleiterbauelement ist.
38. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffusionsprofil einen pn-Übergang in dem Halbleiterbauelement bildet.
39. Anordnung zum Herstellen zumindest einer Funktions Schicht auf zumindest einem Bereich eines Halbleiterbauelementes (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Flüssigkeitsaufbringeinrichtung (12) sowie eine Gasstromabgabeeinrichtung (14, 16) umfasst, die relativ zu dem Halbleiterbauelement (10) verstellbar ist und eine oder mehrere Gasaustrittsöffnungen aufweist, über die zu von der Oberfläche des Halbleiterbauelementes aufgespannter Ebene das Halbleiterbauelement mit Gas unter einem Winkel ß mit 1° < ß < 90° beaufschlagbar ist.
40. Anordnung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas Stromabgabeeinrichtung (14, 16) um eine von der Ebene ausgehende Normale um den Winkel γ mit insbesondere 0° < γ < 90° drehbar ist.
41. Anordnung nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustrittsöffnung derart zu dem Halbleiterbauelement (10) ausgerichtet ist, dass das Halbleiterbauelement in parallel zur Relativbewegungsrichtung verlaufenden Bahnen mit Gas beaufschlagt ist.
42. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 39 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in den Bahnen voneinander abweichende Strömungsgeschwindigkeiten und/oder Gasvolumendurchsätze aufweist.
43. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 39 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsaufbringeinrichtung (12) ein Tauchbecken ist.
44. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 39 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsaufbringeinrichtung eine Sprüheinrichtung umfasst.
45. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 39 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsaufbringeinrichtung eine Schwalleinrichtung umfasst.
46. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 39 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Gas Stromabgabeeinrichtung (14, 16) unterhalb und/oder neben dem mit dem Gas zu beaufschlagenden Halbleiterbauelement (10) eine Gasabsaugeinrichtung (18) angeordnet ist.
47. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 39 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Halbleiterbauelementes (10) im Bereich der Gas Stromabgabeeinrichtung (14, 16) ein mit der Flüssigkeitsaufbringeinrichtung (12) verbundene Flüssigkeitssammeleinrichtung (20) angeordnet ist.
48. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 39 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustrittsöffnung (24) quer zur Relativbewegungsrichtung des Substrats (10) in ihrer wirksamen Erstreckung veränderbar ist.
49. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 39 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Gasstromabgabeeinrichtung (14, 16) und der Oberfläche des Substrats (10) einstellbar ist.
EP09782220A 2008-08-28 2009-08-26 Verfahren und anordnung zum herstellen einer funktionsschicht auf einem halbleiterbauelement Withdrawn EP2319093A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008044485A DE102008044485A1 (de) 2008-08-28 2008-08-28 Verfahren und Anordnung zum Herstellen einer Funktionsschicht auf einem Halbleiterbauelement
PCT/EP2009/061003 WO2010023225A1 (de) 2008-08-28 2009-08-26 Verfahren und anordnung zum herstellen einer funktionsschicht auf einem halbleiterbauelement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2319093A1 true EP2319093A1 (de) 2011-05-11

Family

ID=41327603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09782220A Withdrawn EP2319093A1 (de) 2008-08-28 2009-08-26 Verfahren und anordnung zum herstellen einer funktionsschicht auf einem halbleiterbauelement

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20110165726A1 (de)
EP (1) EP2319093A1 (de)
JP (1) JP2012501083A (de)
CN (1) CN102138226A (de)
DE (1) DE102008044485A1 (de)
WO (1) WO2010023225A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105914261B (zh) * 2016-06-02 2018-03-06 浙江晶科能源有限公司 一种黑硅电池的制作方法和装置
CN114226185B (zh) * 2022-02-17 2022-04-29 常州江苏大学工程技术研究院 一种基于物联网线路板的输送系统及其制造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4419278A (en) * 1981-05-04 1983-12-06 Diamond Shamrock Corporation Photoactive semiconductor material using true solid/solid solution mixed metal oxide
US4490192A (en) * 1983-06-08 1984-12-25 Allied Corporation Stable suspensions of boron, phosphorus, antimony and arsenic dopants
NL8303059A (nl) * 1983-09-02 1985-04-01 Philips Nv Werkwijze voor de vervaardiging van een laag van een oxide van een element uit groep iva.
EP0492417B1 (de) * 1990-12-21 1996-11-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Verfahren zur Herstellung einer chemisch adsorbierten Schicht
US5270248A (en) * 1992-08-07 1993-12-14 Mobil Solar Energy Corporation Method for forming diffusion junctions in solar cell substrates
US5584941A (en) * 1994-03-22 1996-12-17 Canon Kabushiki Kaisha Solar cell and production process therefor
JP3070511B2 (ja) * 1997-03-31 2000-07-31 日本電気株式会社 基板乾燥装置
ES2216104T3 (es) 1997-04-22 2004-10-16 Imec Vzw Horno para procesos continuos de difusion de alto rendimiento con varias fuentes de difusion.
US6334902B1 (en) * 1997-09-24 2002-01-01 Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) Method and apparatus for removing a liquid from a surface
US6709699B2 (en) * 2000-09-27 2004-03-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Film-forming method, film-forming apparatus and liquid film drying apparatus
DE60214472T2 (de) * 2001-06-11 2007-05-16 Fuji Photo Film Co., Ltd., Minami-Ashigara Flachdruckplattenvorläufer, Substrat dafür und hydrophiles Oberflächenmaterial
JP2003249671A (ja) * 2001-12-20 2003-09-05 Canon Inc 被覆樹脂層を有する基板の製造方法および製造装置
DE102005025933B3 (de) 2005-06-06 2006-07-13 Centrotherm Photovoltaics Gmbh + Co. Kg Dotiergermisch für die Dotierung von Halbleitern
US20080057686A1 (en) * 2006-08-31 2008-03-06 Melgaard Hans L Continuous dopant addition

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2010023225A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20110165726A1 (en) 2011-07-07
DE102008044485A1 (de) 2010-04-01
JP2012501083A (ja) 2012-01-12
CN102138226A (zh) 2011-07-27
WO2010023225A1 (de) 2010-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1435116A1 (de) Kombinierte ätz- und dotiermedien
EP1977442A1 (de) Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements mit unterschiedlich stark dotierten bereichen
EP1902000A1 (de) Kombinierte ätz- und dotiermedien für siliziumdioxidschichten und darunter liegendes silizium
DE19744197A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Solarelektrode, Solarelektrode und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
WO2012119684A2 (de) Aluminiumoxid basierte metallisierungsbarriere
DE102008037404A1 (de) Verfahren zur chemischen Behandlung eines Substrats
EP1068646A1 (de) Verfahren zur einseitigen dotierung eines halbleiterkörpers
DE4134261A1 (de) Verfahren zur herstellung von halbleiterschichten und photovoltaischen einrichtungen
DE1901819B2 (de) Herstellungsverfahren für polykristalline Siliciumschichten
EP2319093A1 (de) Verfahren und anordnung zum herstellen einer funktionsschicht auf einem halbleiterbauelement
EP3284109B1 (de) Verfahren zur herstellung von solarzellen unter verwendung von phosphor-diffusionshemmenden, druckbaren dotiermedien
DE102012107372B4 (de) Alkalischer Ätzprozess und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP2543076A2 (de) Verfahren zur dotierung eines halbleitersubstrats und solarzelle mit zweistufiger dotierung
DE102020001980A1 (de) Verfahren und Anlage zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für eine Siliziumsolarzelle mit passivierten Kontakten
DE2519360A1 (de) Aluminiumhaltiges mittel und ein verfahren zu seinem auftragen auf ein substrat
EP3224859A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur unterseitigen behandlung eines substrats
DE102008029385B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Seltenerdmetalloxidschichten und Übergangsmetalloxidschichten, Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung von Seltenerdmetalloxidschichten und Übergangsmetalloxidschichten sowie Verwendung eines Metallnitrats
DE112006002141B4 (de) Verfahren zum Aufbringen einer hydrophilen Beschichtung auf Brennstoffzellen-Bipolarplatten
WO2016012405A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur strukturierung von ober- und unterseite eines halbleitersubstrats
DE102004040943B4 (de) Verfahren zur selektiven Abscheidung einer Schicht mittels eines ALD-Verfahrens
DE102018132244B4 (de) Verfahren zur Herstellung von dotierten Halbleiterschichten
DE102009028868B4 (de) Verfahren zur Behandlung von Wafern mit einer Flüssigkeit in einer Nassbank
WO2023094327A1 (de) Verfahren und nassbank zur in-line-prozessierung von solarzellensubstraten
DE102022104191A1 (de) Verfahren und nassbank zur in-line-prozessierung von solarzellensubstraten
DE102007042089A1 (de) Dünnfilm-Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20110321

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA RS

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20120813

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: FRAUNHOFER GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANGEWAN

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20150331

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: H01L 21/316 20060101ALI20150323BHEP

Ipc: H01L 21/314 20060101ALN20150323BHEP

Ipc: H01L 21/228 20060101ALI20150323BHEP

Ipc: H01L 31/18 20060101AFI20150323BHEP

Ipc: H01L 21/318 20060101ALI20150323BHEP

Ipc: H01L 21/67 20060101ALI20150323BHEP

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20150811