TWI449183B - 半導體元件及製造金屬半導體接點之方法 - Google Patents

半導體元件及製造金屬半導體接點之方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI449183B
TWI449183B TW097120560A TW97120560A TWI449183B TW I449183 B TWI449183 B TW I449183B TW 097120560 A TW097120560 A TW 097120560A TW 97120560 A TW97120560 A TW 97120560A TW I449183 B TWI449183 B TW I449183B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
solderable
semiconductor
wettable metal
metal material
Prior art date
Application number
TW097120560A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200913285A (en
Inventor
Wildpanner Bernd
Von Campe Hilmar
Buss Werner
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 TW200913285A publication Critical patent/TW200913285A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI449183B publication Critical patent/TWI449183B/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022408Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12708Sn-base component

Description

半導體元件及製造金屬半導體接點之方法
本發明係關於一種半導體元件,包含一由半導體材料組成之第一層作為基板、一在第一層上延伸的第二層、由第一層和第二層之材料構成而在第一層和第二層之間延伸的至少一第一中間層和一第二中間層、以及一與第一層形成連接且源自第二層或通過該二層的導電接點。
本發明另關於一種半導體元件之金屬半導體接點之製造方法,該半導體元件諸如太陽能電池包含一由半導體材料製成之第一層作為基板以及一施加至第一層上、由金屬組成或含有金屬之基礎接點材料製成的第二層。
在半導體製造中,尤其是太陽能電池的製造中,由於製造成本因素,在電池的正面和背面係使用燒結的金屬接點。
通常在矽太陽能電池的背面上有大面積的鋁層,該鋁層在太陽能電池製造期間經由熱處理而進行燒結製程,通過這種方法同時通過所謂的背面場(back-surface field,BSF)完成太陽能電池背面的鈍化。
在燒結時,與被稱作第一層的矽基板直接接觸的鋁層在鋁層和矽基板之間的交界面上熔化並和鄰接的第一層熔成合金。在冷卻時,高度摻雜Al的矽層在面向矽的晶片的背面(即基板)上磊晶凝固。此外,同時富含矽的Al層在面向Al層側凝固,並且在冷卻過程結束時Al-Si共 熔體凝固在高度摻雜鋁之層和富含矽之層之間。太陽能電池背面的鈍化是由高度摻雜鋁的磊晶生長的矽層所負責。通過大量摻雜Al,在該層的半導體材料中載入多餘的負離子,形成了位置固定的Al接收體,由其產生了驅退少數載流子的電場,即所謂的背面場。
當鋁層在太陽能電池及/或基板的整個背面上延展時,卻存在焊接技術問題,因為不容易將鍍錫或未鍍錫的金屬連接器,尤其例如是銅連接器,直接焊接到鋁背面上。為了仍要進行必需的電接觸,通常通過絲網印刷、墊印刷或其他適當的印刷方法,將銀接點線路或焊接點直接施加至基板表面上並將其焊接到鍍錫的銅帶。所以在焊接接觸區域中的鋁層空隙造成以下結果,在該區域中無法形成背面場,而使太陽能電池背面面積沒有完全被電鈍化並且由此出現局部的較少的光電流。這對於效率的高低具有負面影響。
因為銀是貴金屬原料,為了減少生產成本也應該放棄銀。因此希望完全避免Ag接點。
出於許多原因,直接將接觸帶焊接到鋁層上是不太可能的。一個原因是Al顆粒的氧化表面。另一原因則是燒結製程的結果,鋁上表面未充分地凝聚。因此,燒結製程中,在摻雜了矽的合金層上形成了由單個球狀一起燒結成的Al顆粒(燒結層)形式的鋁層,在該層中存在的不是緊湊結合地而是相對鬆散地由鋁製成的燒結連接,該燒結連接取決於鋁膏的組成和在燒結時的製程參數而或多或少 是有孔的。這些孔可用玻璃成分填充。
如果不考慮這些而在燒結鋁層上焊接,基於多孔性及由此造成的該層的不穩定性,其固定會非常差。不良的固定表現出大概2-8N的較小脫離強度,這時燒結層斷裂,使人們在斷裂位置的兩面上看出顆粒的球結構。由此存在以下風險,在嘗試除去接觸帶時,燒結層遭到破壞。當在鋁層上的焊接連接受到在模型中於運行條件下起作用的拉力時,同樣情況也會發生。可能產生小裂口,裂口導致焊接位置的較差的牢固性並同時會引起較高的轉移電阻。
本發明之目的在於進一步開發一種半導體元件及/或一種上述類型之金屬半導體接點之製造方法,從而在第二層之材料的區域中產生機械上牢固的電氣方面完好的可焊接接點,第二層之材料尤其是由鋁製成的或是包含鋁的,而與鈍化相關的背面場不會被中斷或者受損害。
根據本發明,該目的係藉由上述類型之半導體元件而達成,使得導電接點包含可焊或可濕性金屬材料,其擴散到第二層中或與第二層之材料形成混合物。源自第二層的可焊或可濕性金屬材料較佳係擴散到兩層中間層中的至少一層中。可濕性金屬材料係一由相應使用的熔融焊料潤濕的接點材料,使用該熔融焊料,連接器被焊接到該接點材料上。
根據本發明,得到一種半導體元件,其背面在焊接位置的區域中整個或至少部分地被由基礎接點材料,尤其是 鋁,或至少含有諸如鋁的基礎接點材料所組成的第二層所覆蓋,該第二層係與半導體材料熔成合金,使得半導體元件的背面整個面積藉由背面場而鈍化。形成背面場的層是第二中間層。
然後,可藉由一適當方法,將一含有可焊材料之層,諸如Sn層,施加到第二層上以便擴散進第二層,而產生一到達第一層的連續電接點。藉由該接點,可在背面焊接一連接器,諸如銅連接器。
第一中間層是摻雜了半導體材料的由諸如鋁的基礎接點材料製成及/或另外加入可焊材料製成的層。該層可由Sn、SnAg、PbSn、CdSn、SnZn、SnMg、SnBa及/或SnCa製成或包含一或多種上述材料。在此情況中,第一中間層也可包含一由第一層和第二層之材料組成的共熔體。
該可焊可濕性金屬材料必要時可在半導體元件中擴散到如下程度,使可濕性金屬材料擴散到形成背面場並摻雜基礎接點材料作為第一層之邊緣層的第二中間層。因為個別的第二中間層係自第一層形成,因此發生了直到半導體材料邊界的擴散,而不會影響背面場的功能。可焊可濕性金屬材料也能夠達到半導體材料,亦即,該材料甚至能夠擴散到摻雜了基礎接點材料的邊緣層。
第二層是由Al、In、Ga、B群組中至少一種材料製成或由該群組的混合材料製成。
導電接點的可濕性金屬材料是Sn、Pb、Zn、Mg、Ca、Ba、In、Ga、Cd、Ag、Au、Ni、Fe群組中的至少一種材 料或其他合適的可焊材料及/或相應群組之材料的混合物。
第二層也能夠由諸如Al的基礎接點材料和可焊材料混合組成的材料製成。
在第二層中混合的材料的含量可為0.01%重量比到99.9%重量比。較佳地卻是在10%重量比和30%重量比之間,以及50%重量比和70%重量比之間的範圍。
根據本發明,產生一源自第一層並經過第二層的連續電接點,第二層上的連接器,諸如銅連接器,可焊接到該接點上。該電接點較佳是Sn焊料或至少包含一含Sn焊料,填滿諸如鋁燒結層的第二層的孔並形成一黏結性金屬層。藉由該等措施,燒結過程中突顯的且因其而造成機械穩定性差和較差的電接點性質的燒結層的多孔性,至少在局部上,亦即在有焊料的地方被消除。
或者,第二層諸如鋁層可以下述方法而可焊接,將適量的Sn粉或Sn-Al合金粉末例如與由第二層之基礎材料組成的原料,諸如鋁膏,混合在一起,結果可製得源自由半導體材料組成之作為基板的第一層並經過諸如鋁背面接觸層之第二層的電接點,其上則可焊接一銅連接器。
製造一金屬電接點,其至少達到摻雜了半導體材料之層並與其建立一機械性附著連接,而不會影響背面場的電性質。
上述類型之金屬半導體接點之製造方法,其特徵在於,在形成第二層之後,其上塗覆一可焊或可濕性金屬材料, 或為了形成第二層,在第一層上塗覆一由基礎接點材料和可焊材料製成的混合物,以及藉由機械處理及/或熱處理及/或熱噴射,將一可焊或可濕性金屬材料擴散到第二層中或擴散到第二層和至少一層在半導體元件製造期間形成於第一層和第二層之間的中間層中。
一種可能的製造方法,其特徵在於,在形成第二層期間及/或之後,藉由對同時進行熱處理的半導體元件施加諸如摩擦或敲擊的機械加工或聲機械加工或者聲波衝擊或超音波衝擊,而將可焊材料擴散到第二層中及/或直到至少一中間層及/或第一層。在此,超音波衝擊可以10kHzf100kHz,尤其20kHzf80kHz之頻率f施加。尤其,將待製造的半導體元件暴露於0℃T800℃,尤其180℃T350℃之溫度T下。
另一種可能性是,在形成第二層期間或之後,可焊材料係藉由熱處理將要製造之半導體元件,而只擴散或基本上只擴散到第二層中,且必要時,擴散到至少第一中間層中。在此,熱處理必須在150℃和1600℃(局部的,短期的)之間的溫度範圍進行,較佳係在230℃和450℃之間的範圍進行。
在非常高溫的情況中,熱輸入係藉由雷射光束或強光源(ZMR)而提供。光源係藉由橢圓鏡聚集到將要焊接的區域上,之後被引導穿過將要焊接的區域。或者,可施加光脈衝到將要焊接的區域上。最後,雷射光束亦可被篩選穿過將要焊接的區域。加熱將要焊接的區域的另一種可能是注 入中頻電磁場或高頻電磁場(感應式焊接)。針對此目的,提供10kHz到10MHz之範圍,較佳100kHz到800kHz之範圍的頻率。
如果藉由熱噴射施加可焊材料,其結果會同時發生較佳直到至少第一中間層的擴散,因此可焊材料必須以10m/sV1000m/s,較佳V300m/s之速度V施加。在噴射期間,將要製造的半導體元件必須進一步暴露至100℃和600℃之間範圍的溫度下。
在熱噴射期間,半導體元件也可用尤其是10kHzf100kHz,較佳20kHzf80kHz之頻率的超音波處理。
或者,可將由諸如鋁膏之第二層之基礎接點材料和可濕性金屬材料或可焊材料或含有可焊材料之合金製成的混合物塗覆到第一層上,以便之後形成第二層。對於混合物,特別是使用含有x%重量比之可濕性金屬材料及/或可焊材料及/或含有可焊材料之合金的混合物,其中0%重量比<x50%重量比或50%重量比x<100%重量比。
然而,藉由對第二層的選擇性溫度衝擊,可濕性金屬材料及/或可焊材料也能以焊接而較佳擴散到至少第一中間層中。
對於第二層的基礎接點材料,使用至少是或含有Al、In、Ga、B之群組的材料或該群組之材料的混合物。
對於可濕性金屬材料或可焊材料(例如,金屬和陶瓷材料),使用或使用含有錫、錫合金、銦、鉛、鎘、鎵、銀、金、鎳、鐵、鈦、鉿、鋅、鎂、鈣、鋇之群組的材料或該 群組之材料的混合物。
再者,可在大面積鋁接點上整個或至少部分地塗覆另一可濕性金屬材料。噴塗大約80nm厚的Ni:V層可視作整個面積上塗覆可焊層結構的例子。
Al和Cu或Ag和Cu可作為塗覆至部分區域之層的材料例子。可能的金屬是Ag、Cu、Al、Ni、Zn。
本發明的其他細節、優點和特徵不僅由申請專利範圍和其特徵中可顯而易見(單獨給出及/或結合給出),還可由下文配合圖式的較佳實施例中而顯而易見。
圖式顯示半導體元件的示意截面圖,出於簡化的原因稱之為太陽能電池。在此說明了由矽組成的基板10,即半導體材料層(下文中也稱為半導體層),以慣常的方式將半導體層焊到基板即半導體層的正面上,以形成p-n結及前接點,以及必要時形成鈍化層。然而就這點而言,可以參照半導體元件(諸如太陽能電池)已為人所熟悉的構造及/或結構,而不需要進一步的說明。
比如借助於絲網印刷、墊印刷、熱噴射,將金屬及/或半金屬材料製成的層(對於所有涉及的材料,為了舉例起見,下文中指定其為鋁)塗覆到指定為第一層的半導體層10上,該層將在製造太陽能電池時進行燒結製程,結果得到外部的鋁燒結層12作為第二層。在鋁燒結層12和矽基板10之間產生具有形成背面場之Al-Si共熔體18的摻雜鋁的矽層14和摻雜矽的鋁層16。就這點而言,仍將參 照已廣為人所熟悉的技術水平。摻雜矽的鋁層16將視作第一中間層,而摻雜鋁的矽層14將視作第二中間層。
基於燒結製程,由鋁組成的外部層或第二層12是有孔的,因此有多個腔體。
關於層10、12和包括共熔體18的中間層14、16,需注意這些只是純粹示意而已,而沒有反映實際尺寸。
出於能夠將諸如銅連接器的連接器為了接觸起見焊接到被視作第二層的鋁燒結層12上的目的,相應於圖3中的描述,在第二層12整個面積或部分區域上塗覆含有可濕性金屬材料及/或可焊材料或者由其製成的層20。這只是用於理解的例子,因為(如下文中說明)存在用於將這種可焊材料引入到可得出可焊接點的層中的其他可能。
如所提及的,圖式中,在第二層12上,亦即燒結層上,較佳塗覆含有Sn或由Sn組成或含有Sn合金的層20,以便之後藉由例如焊接而選擇性熱衝擊,將可焊材料從層20至少擴散到形成背面場並摻雜鋁的作為第二中間層14的Si邊緣層的邊緣區域。這將借助圖4的陰影線來說明。之後,諸如銅連接器的連接器可焊接到相應的以元件符號15標註的區域上,使得半導體元件進行必需的電氣連接,而不用考慮以下事實,即帶有諸如鋁燒結層的第二層12的背面因其性質而無法焊接。區域15是導電接點。
為了構成該半導體金屬接點,存在多種可能性,下文中將予以示意地說明。
經由在作為第一層10之諸如Si層的半導體層,由諸如 鋁、銦、鎵、硼或其混合物之基礎接點材料製成的第二層12,和在其之間延伸的中間層14、16、18組成的系統中施加聲機械振動和熱,塗覆至第二層12上的可焊材料20擴散到形成背面場之摻雜鋁的矽層14的邊緣區域中。或者,可焊材料可已存在於第二層12中。所需的振動係由超音波衝擊產生,使用10kHz和100kHz之間,較佳是20kHz和80kHz之間的頻率。在擴散可焊材料時,半導體元件必須加熱到期望溫度,可為0℃和600℃之間,較佳是室溫和300℃之間。
或者,單獨熱處理就能夠實現擴散可焊材料,其中使用位於可焊材料熔點之上的溫度。較佳溫度值位於230℃和900℃之間,尤其是350℃和400℃之間,並且依賴於該可焊材料,在此具體地可能為錫、銦、鉛、鎵、鎘、銀、金、鎳、鐵、鈦、給、鋅、鎂、鈣、鋇或由其形成的混合物。在形成燒結層12之後,可優先施加將要焊接和擴散的材料。
然而,亦可能使用已含有可焊材料的起始材料及/或焊膏於製造燒結層12。在這種情況下,經由熱處理,諸如在700℃到1000℃溫度範圍的燒結製程中,產生第二層12之基礎接點材料和層12中之可焊材料的混合物,其係擴散到至少第一中間層16中,即擴散到實施例中所示之摻雜矽的鋁層(圖5中的區域15)。另外,可進行擴散到形成背面場的層14的邊緣區域中(圖4中的區域15)。
為了將可焊材料引入到至少第一中間層16及/或達到 第二中間層14,在此有另外一種可能性,可焊材料藉由熱噴射而塗覆到燒結的鋁層12上。此外,可進行超音波衝擊及/或熱處理。如果為了擴散可焊材料而使半導體元件振動,超音波必須以10kHz和100kHz之間,較佳20kHz和80kHz之間的頻率施加。可焊材料本身必須以10m/s和1000m/s之間,較佳300m/s的範圍內之速度衝擊。
如前所述,也可藉由習知焊接方法來製造半導體金屬接點。為此,在製造半導體元件時,塗覆由用於背面接點之基礎接點材料與部分可焊材料,諸如Sn或Sn-Al合金,製成的原料。在製造半導體元件及/或太陽能電池時,在鋁矽邊界層上(即層14和16之間的過渡區中)形成背面接點時,就已形成相連接的Al-Sn層,其作為Al-Sn層延伸到外部背表面。
若使用鋁膏和Sn成分,其中的Sn含量可為0 at.%<x<50 at.%。由於Sn在矽中極低的溶解度,(Si-Sn二元相圖中)700℃時為0.05 at.%,900℃時為0.08 at.%,在形成背面接點時的熔合階段期間,Al含量持續存在,使得Al-Si合金相和高度鋁摻雜的磊晶生長Si層14(負責背面的背面場)可在Sn存在時不受影響地生長。因為Sn與Si是等電子的,故不會顯著改變背面接點的電性質。因此,能夠保持原有的加工參數,無需改變技術。
但也存在以下可能性,鋁膏含有50 at.%和少於100 at.%之間範圍的Sn成分。在個別組成條件下,整個背面金屬化已在230℃和580℃之間範圍的低溫下熔化,因此 形成含鋁的Al-Si邊界層。由於Sn在Si中的低溶解度,上述說明是適用的。
上述利用具有不同Sn成分之焊膏來製造接點的方法之間的區別在於,在Sn含量50%時,Al和Si之間的合金形成只會熔化到一定程度,而在較高Sn含量(50%到小於100%)時,背面接點層經由Al-Sn合金形成而完全變成液態。
在此,該層的Sn含量至少達到Al-Si-Sn合金層16,如圖5所示意闡明。
另一種構成半導體金屬接點的方法是,在可焊材料焊接到半導體材料的背面時,發生擴散。在此情況下,第二層同樣具有相應的經過調整的可焊材料。在此情況下,之後假設第二層12的基礎材料是鋁而可焊材料是錫。如果背面是用錫焊焊接的,就得到局部富含Sn的Al-Sn合金,並且由此得到取決於有效Sn量的不同組成的Al層。焊接合金/焊接區域的滲透深度係由限制的焊接溫度所限定。在250℃的焊接溫度,2 at.%的鋁溶化。然而金屬背面接點層12中的Sn含量已根據平衡溫度而明確地調整,該層達到合金層16的邊界層。焊接滲透入金屬層,其中因為Al含量大大增加,濃度產生變化。如果Sn含量非常高的話,熔化區可能耗盡。因此,焊接效果可用以下方式增強,即,使金屬接點層12富含Sn。藉由Al-Sn合金的適當組合,可在設定溫度下調整滲透深度。
當在燒結階段於接點中形成合金層時,Al和Sn連接形 成一凝聚層,其在基於Sn的小於50%重量比的組成中是多孔的,而在Sn含量大於50%重量比的組成中是密實的。結果,可進行含Sn的顆粒或合金層的部分區域的焊接。若增加Sn含量,焊接溫度能夠降低。
圖4中,源自第二層12之外部表面的導電接點15以元件符號15表示,該導電接點延伸到第二中間層14中,即延伸到形成背面場的摻雜鋁的矽層中。圖5中,導電接點從燒結層,即第二層12,延伸到第一中間層16,其係摻雜矽的鋁層。然而也存在以下可能,如圖4中元件符號15a所示之區域,電接點延伸到Al-Si共熔體18。
另一種可能是,如圖5中元件符號15b所示之區域,電接點僅擴散到第二層12中。
10‧‧‧第一層
12‧‧‧第二層
14‧‧‧中間層
15‧‧‧導電接點
15a‧‧‧導電接點
15b‧‧‧導電接點
16‧‧‧中間層
18‧‧‧共熔體
20‧‧‧可焊或可濕性金屬材料
圖1為半導體系統的截面示意圖,半導體系統是由第一半導體層和由基礎接點材料製成之第二層組成。
圖2為根據圖1之半導體元件的基本結構,該半導體元件具有半導體金屬接點。
圖3為根據圖2之半導體元件,該半導體元件具有塗覆的可焊材料。
圖4為根據圖2之半導體元件,該半導體元件具有達到不同距離的半導體金屬接點。
圖5為根據圖2之半導體元件,該半導體元件具有延伸到第一中間層的半導體金屬接點以及只擴散到第二層中的半導體金屬接點。
10‧‧‧第一層
12‧‧‧第二層
14‧‧‧中間層
15‧‧‧導電接點
15a‧‧‧導電接點
16‧‧‧中間層
18‧‧‧共熔體

Claims (29)

  1. 一種半導體元件,包含一由半導體材料組成之第一層(10)作為基板,一在該第一層(10)上延伸之第二層(12),至少二層由該第一層和第二層之材料構成而在該第一層和第二層之間延伸的中間層(14,16),其中,面向該第二層(12)的第一中間層(16)可含有一由該第一層和第二層之材料構成的共熔體混合物(18),以及一與該第一層形成導電連接且源自或通過該第二層的導電接點(15,15a,15b),其特徵在於,該導電接點(15,15a,15b)包含一可焊或可濕性金屬材料,其係擴散到該第二層(12)中或與該第二層之材料形成混合物。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體元件,其中,源自該第二層(12)之作為該導電接點(15,15a,15b)的該可焊或可濕性金屬材料係擴散到該二層中間層(14,16)中的至少一層。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體元件,其中,摻雜了該第二層之材料的該第二中間層(14)在該第一層(10)和相鄰於該第二層(12)的第一中間層(16)之間延伸,直到含有該可焊或可濕性金屬材料的導電接點(15,15a,15b)。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體元件,其中,該第二層(12)係或含有至少一種選自由Al、In、Ga、B組成之群組中的基礎接點材料或該群組之材料的混合物。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體元件,其中,該導電接點(15,15a,15b)之該可焊或可濕性金屬材料係或含有至少一種選自由Sn、Pb、In、Ga、Cd、Fe、Ag、Au、Ti、Hf、Zn、Mg、Ca、Ba組成之群組中的材料,該群組之材料的可焊材料或混合物。
  6. 如申請專利範圍第1項之半導體元件,其中,該第二層(12)至少在部分區域係由Al和該可焊或可濕性金屬材料的混合物組成。
  7. 如申請專利範圍第1項之半導體元件,其中,該第二層(12)係由以Al和該可焊或可濕性金屬材料之混合物製得的材料組成。
  8. 如申請專利範圍第1項之半導體元件,其中,在該第二層(12)形成之後,該可焊或可濕性金屬材料擴散到該第二層(12)中。
  9. 如申請專利範圍第1項之半導體元件,其中, 該可焊或可濕性金屬材料擴散到形成背面場且由與該第二層(12)之基礎材料熔成合金的半導體材料組成的該第二中間層(14)中。
  10. 如申請專利範圍第1項之半導體元件,其中,該第二層(12)之基礎接點材料以及該可焊或可濕性金屬材料溶解於安裝於該第一層(10)的該第二中間層(14)中。
  11. 如申請專利範圍第1項之半導體元件,其中,該第二層(12)含有0.01%重量比至99.9%重量比、尤其是10%重量比至50%重量比的可焊或可濕性金屬材料,比如錫及/或錫合金。
  12. 一種半導體元件之金屬半導體接點(15,15a,15b)之製造方法,該半導體元件諸如太陽能電池係包含一由半導體材料製成之第一層(10)作為基板,以及一施加至該第一層(10)上、由金屬組成之接點材料或含金屬之基礎接點材料所製成之第二層(12),其特徵在於,在該第二層(12)形成之後,在其上塗覆一可焊或可濕性金屬材料(20),或者為了形成該第二層(12),在該第一層(10)上塗覆該第二材料和一可焊或可濕性金屬材料的混合物,以及藉由機械處理及/或熱處理及/或熱噴射,將一可焊或可濕性金屬材料擴散至該第二層(12)中,或擴散 至該第二層和至少擴散至在半導體元件製造期間形成於該第一層和第二層之間的中間層(14,16,18)中。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法,其中,該可焊或可濕性金屬材料係藉由在形成該第二層(12)期間及/或之後熱處理將製得的半導體元件,而只擴散到或基本上只擴散到該第二層(12)中或該第二層(12)和至少一層中間層(14,16,18)中。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法,其中,該可焊或可濕性金屬材料係藉由聲機械處理而擴散到該第二層中或該第二層(12)和至少一層中間層(14,16,18)中。
  15. 如申請專利範圍第12項之方法,其中,該熱處理係在溫度T為150℃T800℃,尤其是230℃T600℃下進行。
  16. 如申請專利範圍第12項之方法,其中,該可焊或可濕性金屬材料係藉由在形成該第二層(12)期間及/或之後對將製得的半導體元件進行超音波衝擊,而擴散到該第二層(12)中或該第二層(12)和至少一層中間層(14,16,18)中。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法, 其中,超音波衝擊係以頻率f為10kHzf100kHz,尤其20kHzf80kHz,較佳20kHz或40kHz下施加。
  18. 如申請專利範圍第16項之方法,其中,在超音波衝擊期間,該將要製得之半導體元件係暴露在溫度T為0℃T1,000℃,尤其20℃T600℃下。
  19. 如申請專利範圍第12項之方法,其中,該可焊材料係藉由熱噴射而塗覆至該第二層(12)上。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法,其中,該可焊材料係以速度v為10m/sv3000m/s,較佳v300m/s下塗覆。
  21. 如申請專利範圍第19項之方法,其中,在熱噴射期間,該將要製得之半導體元件係暴露在溫度T為0℃T500℃,較佳20℃T600℃下。
  22. 如申請專利範圍第19項之方法,其中,在熱噴射期間,該將要製得之半導體元件係以頻率f尤其為10kHzf100kHz,較佳20kHzf80kHz,更佳20kHz或40kHz之超音波處理。
  23. 如申請專利範圍第12項之方法, 其中,塗覆由該第二層(12)之基礎接點材料諸如Al膏和該可焊材料或含有該可焊材料之合金所製成之混合物至該第一層(10)上,之後形成該第二層(12)。
  24. 如申請專利範圍第23項之方法,其中,使用如下的混合物,其中該可焊材料及/或含有該可焊材料之合金的含量x為0%重量比<x50%重量比或50%重量比x<100%重量比。
  25. 如申請專利範圍第12項之方法,其中,該可焊材料係尤其藉由利用該第二層(12)之選擇性溫度衝擊,焊接至該至少一層中間層而擴散。
  26. 如申請專利範圍第12項之方法,其中,作為該第二層(12)的基礎接點材料,使用如下材料,其中至少為或含有選自由Al、In、Ga、B組成之群組中的材料或該群組之材料的混合物。
  27. 如申請專利範圍第12項之方法,其中,作為可焊或可濕性金屬材料,使用如下材料,其中至少為或含有選自由Sn、In、Pb、Ga、Ag、Au、Cd、Fe、Ti、Hf、Zn、Mg、Ca、Ba組成之群組的其中一種材料或該群組之材料的混合物。
  28. 如申請專利範圍第12項之方法,其中,作為可焊或可濕性金屬材料,使用Sn合金或含有此種合金的材料。
  29. 如申請專利範圍第12項之方法,其中,在該第一層(10)和該第二層(12)之間,形成一第一中間層(16)、一第二中間層(14)以及一在該第一中間層和該第二中間層之間延伸的共熔體(18),該第一中間層係該第二層之與該第一層之材料熔成合金的層,該第二中間層係該第一層之與該第二層之材料熔成合金的層。
TW097120560A 2007-06-13 2008-06-03 半導體元件及製造金屬半導體接點之方法 TWI449183B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007027263 2007-06-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200913285A TW200913285A (en) 2009-03-16
TWI449183B true TWI449183B (zh) 2014-08-11

Family

ID=39789452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW097120560A TWI449183B (zh) 2007-06-13 2008-06-03 半導體元件及製造金屬半導體接點之方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8610289B2 (zh)
EP (2) EP2568508B1 (zh)
JP (1) JP5456276B2 (zh)
CN (1) CN101369563B (zh)
ES (2) ES2606374T3 (zh)
TW (1) TWI449183B (zh)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009047778A1 (de) * 2009-02-24 2010-09-02 Bosch Solar Energy Ag MWT-Halbleiter-Solarzelle mit einer Vielzahl von das halbleitende Material kontaktierenden, parallel zueinander verlaufenden schmalen leitfähigen Fingern vorgegebener Länge
JP5683139B2 (ja) * 2009-06-23 2015-03-11 新電元工業株式会社 半導体装置およびその製造方法
WO2011005586A2 (en) * 2009-06-24 2011-01-13 Buttress David G Apparatus and method for joining solar receiver tubes
US8841573B2 (en) * 2009-08-30 2014-09-23 David Buttress Apparatus for field welding solar receiver tubes
DE102009044038A1 (de) 2009-09-17 2011-03-31 Schott Solar Ag Verfahren zur Herstellung eines Kontaktbereichs eines elektronischen Bauteils
EP2306796A1 (en) * 2009-10-05 2011-04-06 ABB Research Ltd. Method of joining components, composite of components of an electrical circuit and electrical circuit
US8603900B2 (en) * 2009-10-27 2013-12-10 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Reducing surface recombination and enhancing light trapping in solar cells
WO2011157420A2 (de) * 2010-06-18 2011-12-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur herstellung einer metallischen kontaktstruktur einer photovoltaischen solarzelle
DE102011075352A1 (de) 2011-05-05 2012-11-08 Solarworld Innovations Gmbh Verfahren zum Rückseitenkontaktieren einer Silizium-Solarzelle und Silizium-Solarzelle mit einer solchen Rückseitenkontaktierung
DE102011053238A1 (de) 2011-09-02 2013-03-07 Schott Solar Ag Verfahren zum Verbinden von Solarzellen sowie Solarzellenmodul
DE102011056087B4 (de) * 2011-12-06 2018-08-30 Solarworld Industries Gmbh Solarzellen-Wafer und Verfahren zum Metallisieren einer Solarzelle
DE102012100535A1 (de) 2012-01-23 2013-07-25 Schott Solar Ag Verfahren zum Herstellen eines elektrisch leitenden Kontakts auf einer Solarzelle
US9113555B2 (en) * 2012-12-21 2015-08-18 Intel Corporation Apparatus for differential far-end crosstalk reduction
DE102013204828A1 (de) 2013-03-19 2014-09-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Rückseitenkontaktiertes Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
TW201511296A (zh) 2013-06-20 2015-03-16 Plant PV 用於矽太陽能電池之核-殼型鎳粒子金屬化層
CN104347735A (zh) * 2013-07-25 2015-02-11 比亚迪股份有限公司 一种太阳能电池片和太阳能电池组件
US9178104B2 (en) 2013-12-20 2015-11-03 Sunpower Corporation Single-step metal bond and contact formation for solar cells
WO2017035103A1 (en) 2015-08-25 2017-03-02 Plant Pv, Inc Core-shell, oxidation-resistant particles for low temperature conductive applications
US10418497B2 (en) 2015-08-26 2019-09-17 Hitachi Chemical Co., Ltd. Silver-bismuth non-contact metallization pastes for silicon solar cells
US10696851B2 (en) 2015-11-24 2020-06-30 Hitachi Chemical Co., Ltd. Print-on pastes for modifying material properties of metal particle layers
CN109788643A (zh) * 2017-11-10 2019-05-21 泰连公司 铝基可焊接的触头

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6262359B1 (en) * 1999-03-17 2001-07-17 Ebara Solar, Inc. Aluminum alloy back junction solar cell and a process for fabrication thereof
US6710239B2 (en) * 2001-01-19 2004-03-23 Sharp Kabushiki Kaisha Solar cell, interconnector for solar cell, and solar cell string
US20060289055A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-28 Ferro Corporation Lead free solar cell contacts

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL288015A (zh) * 1962-01-22
US3453501A (en) * 1966-08-10 1969-07-01 Philco Ford Corp Metallization of silicon semiconductor devices for making ohmic connections thereto
US4293451A (en) * 1978-06-08 1981-10-06 Bernd Ross Screenable contact structure and method for semiconductor devices
US4392010A (en) 1979-01-16 1983-07-05 Solarex Corporation Photovoltaic cells having contacts and method of applying same
DE2944185A1 (de) * 1979-11-02 1981-05-07 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Solarzelle
DE2945450A1 (de) * 1979-11-10 1981-05-14 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Verfahren zum herstellen von elektrischen kontakten an solarzellen
US4492812A (en) * 1981-07-08 1985-01-08 Solarex Corporation Electrical contacts for a solar cell
LU83831A1 (fr) * 1981-12-10 1983-09-01 Belge Etat Procede de fabrication de dispositifs semi-conducteurs et dispositifs semi-conducteurs ainsi obtenus
JPS62205668A (ja) 1986-03-06 1987-09-10 Fuji Electric Co Ltd 集積型太陽電池の製造方法
DE69218102T2 (de) * 1991-10-22 1997-10-09 Canon Kk Photovoltaisches Bauelement
JP2794141B2 (ja) 1992-05-22 1998-09-03 シャープ株式会社 光電変換装置の製造方法
EP0729189A1 (en) 1995-02-21 1996-08-28 Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw Method of preparing solar cells and products obtained thereof
JPH10335267A (ja) 1997-05-30 1998-12-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造方法
US6632730B1 (en) * 1999-11-23 2003-10-14 Ebara Solar, Inc. Method for self-doping contacts to a semiconductor
JP2004179334A (ja) 2002-11-26 2004-06-24 Kyocera Corp 太陽電池素子の形成方法
JP4761714B2 (ja) 2004-01-29 2011-08-31 京セラ株式会社 太陽電池およびこれを用いた太陽電池モジュール
JP2005326990A (ja) 2004-05-13 2005-11-24 Hitachi Ltd マークシート及びマークシートの情報を処理する処理システム
JP4557622B2 (ja) 2004-07-29 2010-10-06 京セラ株式会社 太陽電池素子の接続構造及びこれを含む太陽電池モジュール
US7462304B2 (en) 2005-04-14 2008-12-09 E.I. Du Pont De Nemours And Company Conductive compositions used in the manufacture of semiconductor device
JP5064767B2 (ja) * 2005-11-29 2012-10-31 京セラ株式会社 太陽電池素子の製造方法
JP4903444B2 (ja) 2006-01-24 2012-03-28 シャープ株式会社 光電変換素子
US8076570B2 (en) * 2006-03-20 2011-12-13 Ferro Corporation Aluminum-boron solar cell contacts
JP5326990B2 (ja) 2009-10-26 2013-10-30 株式会社Ihi 塗布状態検査装置及び方法並びにプログラム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6262359B1 (en) * 1999-03-17 2001-07-17 Ebara Solar, Inc. Aluminum alloy back junction solar cell and a process for fabrication thereof
US6710239B2 (en) * 2001-01-19 2004-03-23 Sharp Kabushiki Kaisha Solar cell, interconnector for solar cell, and solar cell string
US20060289055A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-28 Ferro Corporation Lead free solar cell contacts

Also Published As

Publication number Publication date
CN101369563A (zh) 2009-02-18
EP2003699A2 (de) 2008-12-17
JP2008311662A (ja) 2008-12-25
CN101369563B (zh) 2012-05-30
EP2003699B1 (de) 2014-11-12
EP2568508A1 (de) 2013-03-13
ES2606374T3 (es) 2017-03-23
JP5456276B2 (ja) 2014-03-26
EP2568508B1 (de) 2016-08-31
TW200913285A (en) 2009-03-16
US20080308892A1 (en) 2008-12-18
ES2527111T3 (es) 2015-01-20
EP2003699A3 (de) 2010-01-13
US8610289B2 (en) 2013-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI449183B (zh) 半導體元件及製造金屬半導體接點之方法
CN102891213B (zh) 以活性焊料制作的太阳能电池电极及其方法
WO2010089647A1 (en) Junction body, semiconductor module, and manufacturing method for junction body
TW200849428A (en) Under bump metallurgy structure and die structure using the same and method of manufacturing die structure
JP2005288458A (ja) 接合体、半導体装置、接合方法、及び半導体装置の製造方法
CN111435646B (zh) 半导体装置及其制造方法
TW201023282A (en) Pb-free solder bumps with improved mechanical properties
CN103752970A (zh) 一种引线框架的焊接方法
JP4959539B2 (ja) 積層はんだ材およびそれを用いたはんだ付方法ならびにはんだ接合部
CN107052612A (zh) 基于金属锡填充泡沫银的高温钎料及其制备方法
CN106356424A (zh) 太阳能电池Si片Al背电极与Cu电极引线绿色环保钎焊的方法
CN109848606A (zh) 一种高界面结合强度的Sn-Ag-Cu无铅焊料及其制备方法
JP4071049B2 (ja) 鉛フリー半田ペースト
JP3596445B2 (ja) 半田接合方法ならびに実装構造
JP2008034721A (ja) 熱電発電素子およびその製造方法
JP2015033715A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2013035046A (ja) 金属膜とリードのはんだ接合構体およびその熱処理方法
JP2017045888A (ja) 接続体、素子、太陽電池素子及び太陽電池モジュール
JP2023106062A (ja) はんだおよび半導体装置
JP2002185131A (ja) はんだ付け方法およびはんだ接合部
CN117123965A (zh) 一种新型SnBi基复合低温钎料制备方法及其用途
Tian et al. Evolution of intermetallic compounds at interface between PBGA solder ball and pads during laser reflow soldering
JP6260941B2 (ja) 半導体装置の製造方法
Liu et al. Effect of laser input energy on AuSnx intermetallic compounds formation in solder joints with different thickness of Au surface finish on pads
JP5351267B2 (ja) 半導体部品、半導体ウェハ部品、半導体部品の製造方法、及び、接合構造体の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees