WO2011073937A2 - System and method for doping semiconductor materials - Google Patents

System and method for doping semiconductor materials Download PDF

Info

Publication number
WO2011073937A2
WO2011073937A2 PCT/IB2010/055871 IB2010055871W WO2011073937A2 WO 2011073937 A2 WO2011073937 A2 WO 2011073937A2 IB 2010055871 W IB2010055871 W IB 2010055871W WO 2011073937 A2 WO2011073937 A2 WO 2011073937A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
doping
substrate
substrates
substrate surface
Prior art date
Application number
PCT/IB2010/055871
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2011073937A3 (en
WO2011073937A9 (en
Inventor
Rico Böhme
Lars Hartwig
Robby Ebert
Mathias Müller
Original Assignee
Roth & Rau 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 Roth & Rau Ag filed Critical Roth & Rau Ag
Priority to CN2010800640879A priority Critical patent/CN102763194A/en
Publication of WO2011073937A2 publication Critical patent/WO2011073937A2/en
Publication of WO2011073937A3 publication Critical patent/WO2011073937A3/en
Publication of WO2011073937A9 publication Critical patent/WO2011073937A9/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26Bombardment with radiation
    • H01L21/263Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B23K26/0676Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B23K26/0821Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head using multifaceted mirrors, e.g. polygonal mirror
    • 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
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22Diffusion 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
    • H01L21/223Diffusion 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 gaseous phase
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22Diffusion 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
    • H01L21/225Diffusion 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 solid phase, e.g. a doped oxide layer
    • H01L21/2251Diffusion into or out of group IV semiconductors
    • H01L21/2254Diffusion into or out of group IV semiconductors from or through or into an applied layer, e.g. photoresist, nitrides
    • 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
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for doping substrates with laser, wherein in the method at least one dopant is in contact with the substrate surface and a local heating of the substrate surface is effected by a laser steel.
  • Plants of the type mentioned are usually in industrial practice batch ovens or continuous doping systems in which the solar cell substrates are heated to required for dopant diffusion temperatures of more than 800 ° C.
  • doping the emitter of solar cells as described for example in the document DE 10 2007 035 068, partially contrary requirements for the doping.
  • the doping In the optically open regions, the doping must not be too high, since very high doping atom concentrations favor the recombination of electron-hole pairs and thus stand in the way of a desired high efficiency of the solar cells.
  • a very high doping is particularly necessary in the contact region of terminal electrodes for the production of a required ohmic contact.
  • the contrary requirements have recently led, especially in laboratory samples, to the realization of more heavily doped areas in the contact areas and the so-called selective emitters. The preparation of these selective emitters often requires an uneconomically high cost when realized with conventional methods.
  • the document solves the problem of high dislocation density after melting of the surface and recrystallization in that the laser beam to a line with a Width of 10 ⁇ and a length of 100 ⁇ is focused and this line focus scans the surface of the substrate.
  • the disadvantages of this method are the low processing speed and the technical complexity for realizing a reliable autofocus system.
  • the desired characteristics for the doping are based on the characteristics of the dopants, which are produced in furnace processes. That is, as the depth of the doping, a range up to one micrometer is desired. From the known depth of penetration of light into silicon as a function of the wavelength, it is concluded that laser radiation having a wavelength of 600 nm or less must be used.
  • a plant of the above-mentioned type which has at least one fiber laser with a laser beam with a circular beam cross section and a scanner unit, through which the substrate surface can be latched to the laser beam, wherein the emitted light of the fiber laser has a wavelength in the range of 750 nm up to 3000 nm.
  • Fiber lasers are a recent development in the field of laser technology. These novel lasers are characterized by a very high performance and very high beam quality at the same time low price. Due to the high performance of this new In the laser class, it is possible to break new ground in the construction of laser doping systems. The energy required for processing can now be provided not only locally in one focal point, but it can be used with a laser beam whose round beam cross-section dimensions of 20 to 500 ⁇ and this cross section is available in a comfortable beam length range of about 1 mm , The performance of these lasers is suitable for processing complete substrate surfaces of photovoltaic substrates.
  • Laserdotierstrom invention is advantageous.
  • the light beam is generated with high efficiency, and the light energy in the laser doping process is used efficiently because only the surface of the substrate and not the entire substrate is heated.
  • the sparing of the substrate from thermal stress in the doping process also opens up new possibilities for the overall technology of the solar cells.
  • laser doping may occur in a later step in overall technology, where the substrate already has temperature sensitive elements. This advantage is particularly important in more complex technologies and, for example, in bifacial cell concepts. With Laserdotieranlagen more doping processes in sequence and on both surfaces of the substrates can be performed.
  • dopants are more efficiently fed to their task of semiconductor doping.
  • the dopants are not incorporated undesirably at interstices on the surface, but they are installed by the higher temperatures advantageous and efficient on lattice sites. Because of the more efficient use, a smaller dopant application is sufficient.
  • the laser beam For moving the laser beam over the substrate surface, it is also possible according to the invention to use suitable commercially available scanner units, which can move the beam with the necessary precision and speed.
  • the speed of the scanners can be varied so that in addition to uniform processing over the entire surface, locally differentiated processing is also possible.
  • the laser process is very flexibly controllable, controllable and optimized, since both the scanner unit and the fiber laser itself are very flexible to operate. Due to the properties of the fiber laser and scanner unit system, the depth of the doped region in the substrate can be flexibly controlled. Doping profiles and electrical resistances are precisely adjustable. As a result, the use of laser doping systems according to the invention can lead to improved products, for example improved solar cells.
  • the use of laser doping also leads to further advantages on the edge of the processing. Since the substrate surface heats up very quickly by the impinging laser beam, no preheating phase and no cooling phase are necessary for the substrates. This makes a faster overall process possible. Furthermore, the laser doping system according to the invention can be realized with smaller spatial dimensions as a doping furnace. The space savings when using laser doping systems leads to a cost advantage in the construction of manufacturing facilities.
  • the laser doping system uses a fiber laser which emits light having a wavelength in the range of 750 to 3000 nm. Sophisticated fiber lasers exist in this wavelength range. For the processing of silicon substrates, however, this wavelength range initially seems to be unsuitable, since silicon is transparent in this area. However, due to the high power density in a fiber laser beam, the surface of the substrate is heated rapidly, with the effect of thermal accumulation of volume excitation. Due to the material heating, the optical properties of the substrate change. Silicon increases the absorption. This reduces the penetration depth. The penetration depth is even by setting suitable parameters such. As the power, the scanner speed, the pulse energy, the pulse duration or the repetition rate to a desired range adjustable.
  • silicon substrates can be doped deeper than with furnace processes.
  • doping depths in the range of 1 to 10 ⁇ m can be realized hereby. Due to the higher doping depth and at the same time homogeneous doping over the depth, the contacting and the overall efficiency of the solar cell can be improved.
  • the fiber laser used is a continuous wave laser or a pulsed laser with relatively long pulse lengths in the range of 80 ns to 10 ⁇ . Under these conditions, a doping of substrates is possible without superficially damaging their crystalline structure. Furthermore, the dopants are well incorporated into the substrate crystal and electrically activated. In continuous wave operation, particularly high powers of, for example, 5 kW are available. The use of continuous wave lasers is therefore particularly advantageous for rapid and cost-effective processing. In pulsed operation, only lower powers of, for example, 300 W are available. Advantages in pulse mode are additional available parameters. Thus, for example, via the pulse shape, the pulse duration, the repetition rate and the spatial pulse-to-pulse overlap a stronger influence on the dopant distribution can be taken.
  • the system has a plurality of fiber lasers and / or at least one beam splitter for producing a plurality of laser partial beams while forming a multi-beam arrangement.
  • the use of multiple lasers operating in parallel can be beneficial to increase plant throughput.
  • a high-power laser beam whose entire power is not required in one beam can be separated into a plurality of laser sub-beams using the beam splitter, thereby enabling simultaneous processing of the substrate with a plurality of laser beams or partial laser beams, thereby enabling a higher processing speed.
  • the laser doping system uses a diffractive element for holographic beam splitting in 50 to 400 laser partial beams.
  • This beam splitter is tuned to the respective task.
  • a plurality of selective emitter fingers can be written.
  • the beam splitter is present preferably structurally adapted to the arrangement of the fingers.
  • the contact electrode of a solar cell comprises not only the fingers but also main lines, so-called "bus bars", on which the charges of the individual fingers are collected.
  • the selective emitter of solar cells is used both in the areas of the individual fingers and in the areas of the "bus bars". educated.
  • the doping depth can be changed in the laser doping process, which can be used, for example, in individual steps in the production of a selective emitter, a deeper doping train.
  • the scanner unit has at least one fast scanner, which may be, for example, a galvo scanner, a polygon scanner and / or a resonance scanner.
  • a fast scanner With such a fast scanner, a sufficiently high processing speed is possible on large-area substrates that meet the requirements of production.
  • the selection of the scanner components depends on the laser used and on the planned laser beam movements. Standard values for currently achievable process speeds are 20 m / s when using pulsed lasers with repetition rates up to 1 MHz and 400 m / s when using continuous lasers.
  • the scanner unit has a scanning region which extends over at least two substrates. If smaller substrates, such as wafers, are being processed in the plant and, for example, 7 ⁇ 8 wafers are being processed on a substrate carrier, it is particularly favorable if the scanner unit has a scanning area which is as large as the substrate carrier, since in this case only a fiber laser and a scanner unit per system must be installed. However, the processing area can also be divided into two or more laser beams, each laser beam then having a scanning area which is smaller than the substrate carrier.
  • the system according to the invention has at least one positioning device for the substrates in the scanning region of the laser and / or at least one control device for the substrates. If you not only process substrates over the entire surface, but experience locally defined special processing It is necessary that an exact positioning of the substrates is carried out relative to the scanner unit.
  • a positioning device known from the prior art can either be integrated in the laser doping module, or the positioning device can be arranged in the transport direction in front of the laser doping module, in which case a transport system with exact substrate position transmission must be used.
  • control device can be provided for the doping that has taken place.
  • This control device may be a known from the prior art measuring device for optical or electrical surface characterization. For the correct assignment of the measured values in their position, an exact substrate position transmission is necessary again.
  • the stated object is further achieved by a method for doping substrates in which at least one dopant is in contact with the substrate surface and a local heating of the substrate surface by a laser beam takes place.
  • a fiber laser is used which generates a round beam cross section and which is guided with a scanner unit over the substrate surface, wherein the fiber laser emits light having a wavelength of 750 nm to 3000 nm.
  • a prerequisite for the realization of the method described is that the laser technology has undergone rapid development in recent years, which has led, inter alia, to high-performance and low-cost fiber lasers.
  • Essential features that lead to a realization of a technically functioning and economically meaningful Laserdotiervons are the low price of the fiber laser, the good beam quality with gau ßförmiger power density distribution in the beam cross section, a round beam cross section and the sophisticated scanner units, which allow the scanning of the substrate surface.
  • the fiber laser emits light with a wavelength of 750 nm to 3000 nm. Silicon is transparent to low power light in this wavelength range. However, at high power densities, such as occur in the beam of a fiber laser, the substrate surface is heated rapidly and there is a change in optical properties. This will reduce the penetration depth of the Tes reduced in the silicon to the order of 1 ⁇ . The exact penetration depth can even be adjusted by the choice of process parameters.
  • fiber lasers which emit light having a wavelength of 500 nm to 600 nm. Such methods are mainly used when a low penetration depth of the laser into the substrate or a low doping depth is desired.
  • the pulse shape of the pulsed laser is designed to appear in a time-power diagram an approximately rectangular shape with at least a short rise time and pulse lengths in the range of 80 ns to 10 ⁇ and without significant power peaks.
  • a fiber laser makes it possible to generate very long pulses with uniform pulse power. These long pulses enable gentle substrate processing, which, even when the substrate is melted, leads to low crystal damage and thus to efficient solar cell products.
  • the front pulse edge is steep, that is, that the pulse power of the laser is reached quickly.
  • the falling flank can be made flatter to increase the temperature response time and to enable a slower and less stressful recrystallization.
  • the method according to the invention is carried out so that the substrate surface is heated only so far that their solid state preserved.
  • the laser doping according to the invention takes place at a relatively low temperature, that is to say below the melting temperature of the substrate and, in return, with a relatively long doping time; This allows a very gentle processing of the substrates. By avoiding melting and recrystallization, failure mechanisms associated with recrystallization are completely avoided.
  • doping methods are used which completely preserve the surface structures produced and do not melt.
  • the method is used for a full-area doping of substrates.
  • the gentle substrate processing with the continuous wave laser or the pulsed with long pulses fiber laser allows both technically and economically the doping of large substrate surfaces such as the optically active regions on solar cells.
  • not all areas of the substrate surface are processed the same, but defined substrate areas are more thermally stressed and more heavily doped.
  • An important process parameter for realizing a stronger doping is a reduced speed of the scanner movement.
  • other parameters of the laser doping method can also be varied.
  • work is carried out in such a way that the substrate surface is melted locally. If the surface morphology of the substrates need not be obtained, laser doping with reflow and recrystallization of the substrate surface is also possible. Due to the higher temperature and the liquid state of aggregation at the surface, the production of a very high doping is possible. When using very high energy densities, it is also possible to open on the substrate existing insulating layers, if necessary to remove or diffuse into the substrate melt.
  • the method variant according to the invention can be used, for example, to open the antireflection coating in the areas of the subsequent contacting and at the same time to carry out high doping in these selective emitter regions. Since sem method only the surface areas intended for the contacts are electrically conductive, a particularly simple, self-aligned electrodeposition of the contacts is possible.
  • the processing speed is increased by several lasers simultaneously irradiating different spatial regions of the substrate surface and multiplying the processing speed by the parallel processing.
  • the laser beam is split by a beam splitter into laser partial beams.
  • a beam splitter into laser partial beams.
  • Such a method is especially interesting if not the entire substrate is to be processed, but only local areas.
  • the laser beam may be split by a holographic beam splitting diffractive element into 50 to 400 laser sub-beams, which may then simultaneously write 50 to 400 finger lines of the selective emitter.
  • the scanner unit moves the laser beam in at least one spatial direction over at least two substrates.
  • the Laserdotiervons invention is often the case that multiple substrates are arranged in a row in the scanning direction of a laser.
  • the fact that the laser beam is moved directly over several substrates, the process is particularly simple.
  • the laser beam movement can take place over several substrates in one or in two spatial directions.
  • the substrate is held or transported during doping by a carrier, wherein the carrier has a surface reflecting the laser beam in the direction of the substrate. That is, the carrier has a specular surface that reflects the laser beam that has penetrated the substrate.
  • the reflected laser beam again can be used to heat the surface of the substrate and thus to allow an improved diffusion of the dopant into the substrate.
  • a doping layer can be provided both on the front side of the substrate and on the substrate rear side, through which dopants can penetrate into the substrate.
  • Figure 1 shows a possible basic structure of a Laserdotierstrom invention based on a schematic diagram
  • Figure 2 shows schematically a further possible embodiment of the present invention, in which a division of a laser beam by means of a beam splitter into partial beams takes place;
  • Figure 3 shows schematically a possible pulse shape of a fiber laser
  • Figure 4 shows a possible embodiment of a system according to the invention as
  • FIG. 5 schematically shows that the scanning length of the laser is greater than several
  • Figure 6 schematically outlines another possible embodiment of a system according to the invention and a possible procedure for laser doping
  • Figure 7 shows schematically an application variant of the method according to the invention for the doping of substrates.
  • Fig. 1 shows schematically a possible embodiment of a Laserdotierstrom invention.
  • the individual, shown in Fig. 1 elements of the laser doping system illustrate only their operating principle and are therefore not to scale and drawn in detail, the arrangement of the elements in the drawing is due only to the representability. It does not reflect the concrete arrangement of the elements in the laser doping system.
  • a fiber laser 1 emits a laser beam 2, which is guided by a scanner unit 3 on a defined path D over a substrate surface 4 of a substrate 8.
  • the individual components of the laser doping system will now be described below.
  • the laser doping system has at least one fiber laser 1, which in the illustration shown is a high-performance laser whose power is sufficiently high to process the substrate 8 in an acceptable time.
  • the wavelength of the fiber laser 1 used in the embodiment of Fig. 1 is in the near infrared spectral range, in a wavelength range between 750 nm and 3 ⁇ .
  • the wavelength range and the power of the fiber laser 1 determine the penetration depth of the laser beam 2 in the substrate 8.
  • the penetration depth of the laser beam 2 is preferably adjusted to a favorable depth range between 1 ⁇ and 10 ⁇ .
  • the fiber laser 1 or its actual wavelength used depends on the nature of the substrate 8 and on the desired penetration depth. Thus, shallower wavelengths than 750 nm can also be used for flat dopants in silicon or for other substrate materials.
  • the choice of laser wavelength used also depends on the availability of fiber lasers in the market. Currently, in addition to fiber lasers operating in the near infrared, fiber lasers are available that produce green light in the spectral range of 500 nm to 600 nm by frequency doubling infrared light. In embodiments where low doping depth is desired, these short wavelength lasers are preferred.
  • ultraviolet light having wavelengths of 150 nm and infrared light having wavelengths of 11 ⁇ can also be used according to the invention.
  • the fiber laser 1 used in Fig. 1 is a continuously operating laser, that is, a cw laser.
  • the fiber laser 1 is a pulsed laser with relatively long pulse lengths between 80 ns and 10 ⁇ .
  • the doping profile can additionally be adjusted via the pulse shape. Be particularly favorable rectangular pulses have proven with steep edges at the beginning of the pulse. However, the pulse shape is only one parameter that must be considered and adjusted together with other parameters.
  • the laser beam 2 has a simple circular beam cross-section with preferably Gaussian-shaped intensity distribution over the cross section.
  • a simple optical system is sufficient for beam shaping and that the beam has a large focal depth of about 1 mm at a focus diameter in a preferred range between 20 ⁇ and 500 ⁇ . This long focus area results in a robust and unproblematic process.
  • a complex and expensive autofocus system can thus be dispensed with in the laser beam 2.
  • a scanner unit 3 realizes the guidance of the laser beam 2 over the substrate surface 4.
  • the scanner unit 3 can, as shown in FIG. 1, comprise various scanner components 3a, 3b.
  • each scanner component 3a, 3b is responsible for the movement of the laser beam 2 in a spatial direction.
  • the scanner unit 3 only has a scanner for moving the laser beam 2 in a spatial direction.
  • a substrate transport device not shown here, ensures a relative movement between substrate 8 and laser beam 2 in a second spatial direction.
  • the scanner component 3 a is a polygon scanner, which is rotatable about its axis of rotation A and can thus cause a laser beam movement in the x-direction on the substrate 8.
  • a galvo scanner is sketched. ed. This scanner is movable about its axis of rotation B in both directions C from its rest position and can thus cause a laser beam movement in the y-direction on the substrate.
  • the control of the scanner components 3a, 3b leads to the movement of the laser beam 2 on a defined path D over the substrate surface 4.
  • the path D can be defined so that a uniform substrate doping takes place, but it can also be defined so that a locally higher doping is reached.
  • the selection of the scanner components 3a, 3b takes place depending on the fiber laser 1 used and on the desired path on the substrate 8. In addition to the scanner types mentioned, resonance scanners or other scanners could also be used.
  • the substrate surface 4 is in the laser doping process in contact with a dopant source, which may be in the solid, liquid or gaseous state.
  • a dopant source which may be in the solid, liquid or gaseous state.
  • the dopants may also be present in the form of aerosols, and especially in connection with laser doping, other special forms may also be used.
  • a liquid precursor can be transferred under the influence of the laser beam 2 in a steam bell, from which then the doping takes place.
  • dopants it is possible to use all compounds known in the prior art.
  • doping of silicon are the compounds of elements from the second, the third, the fifth or the sixth main group, often, for example, compounds of boron and phosphorus are used.
  • the doping of silicon are the phosphoric acid for an n-doping and the boric acid for a p-doping.
  • the dopants can be applied in a manner known in the art, for example liquid dopants by spraying, rolling or spin coating.
  • dilution with an organic or inorganic solvent may be favorable; it is particularly common to use water as the solvent.
  • concentrations between 0.001% and 85% are used.
  • gaseous precursors also inert or active diluent or purge gases, such as noble gases, nitrogen, hydrogen or oxygen are used.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the laser doping system according to the invention.
  • the same elements as in Fig. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • a beam splitter 5 is arranged, which divides the laser beam 2 into a plurality of partial beams 9.
  • the fiber laser 1 used here is a very powerful laser whose power can be divided into a plurality of sub-beams 9, which then form a multi-beam arrangement and allow a simultaneous processing of different substrate areas faster overall processing.
  • a multi-beam arrangement can also be formed by a simultaneous use of multiple lasers.
  • the multi-beam arrangement comprises a fiber laser 1 and a diffractive element for holographic beam splitting.
  • a beam splitter With such a beam splitter, splitting into 50 to 400 laser partial beams 9 is possible.
  • a fanned beam can be used, for example, on solar cells to produce a selective emitter structure.
  • a selective emitter consists of higher doped regions of the substrate surface 4, on which later contact electrodes are formed.
  • the selective emitter structure comprises, as schematically illustrated in Fig. 2, a multiplicity of thin fingers 6 and a few perpendicularly arranged main lines 7, which are referred to as "bus bars" in the English term the laser beam 2 of the fiber laser 1 is divided so that the individual partial beams 9 can be used to write the individual fingers 6 of the selective emitter structure.
  • the production of a selective emitter structure can be carried out in a general doping system, which performs both the formation of a planar basic doping and a local selective emitter doping. But it can also be built specialized equipment, either only for the training of areal Basic doping or specialized only for the training of local or selective doping.
  • a special plant for producing a selective emitter structure could also be combined with a conventional furnace doping process.
  • a dopant source a highly doped surface layer, such as the so-called "dead layer" may be used, which is present as an unwanted layer after a furnace doping.
  • the selective emitter structures which have been produced by the laser doping method according to the invention are distinguished by particularly favorable properties.
  • the higher doping depth producible with the laser doping method according to the invention has already been mentioned.
  • Another positive characteristic, which results from a deep and homogeneously doped emitter is a better barrier against the diffusion of contact materials, such as copper in the substrate material.
  • a further feature to be emphasized of the selective emitter structure produced in the laser doping method according to the invention is the sharp lateral delineation of the more highly doped regions in relation to adjacent regions. In addition, neighboring areas are not damaged by selective emitter doping.
  • high dopant concentrations of more than 10 20 at / cm 3 in the surface region and low film resistances of ⁇ 20 ⁇ / sq. will be realized.
  • Fig. 3 shows schematically a preferred substantially rectangular pulse shape of the fiber laser according to the invention.
  • the fiber laser beam quickly reaches its high maximum power after a short rise time compared to the pulse length. As a result, a rapid substrate heating is achieved.
  • the high power is then maintained for a relatively long time, which may be between 80 ns and 10 ⁇ . In this case, the laser pulse has no appreciable power peaks, even at the beginning of the laser pulse on.
  • the energy input within a relatively long period of time a good diffusion of the dopants and a gentle substrate processing is achieved. In principle, it is possible in this case for an at least partial melting of the substrate surface 4 to occur.
  • Fig. 4 shows a detail of a possible inline system, which has a component according to the invention a Laserdotierstrom in the form of a Laserdotiermoduls.
  • the inline system has other components, such as lock chambers, but the other components are not shown.
  • the laser doping system 10 comprises the process chamber 11 and components outside the process chamber 11.
  • a fiber laser 1 generates a laser beam 2 which radiates through a window 12 into the process chamber 1 1.
  • the Laserdotierstrom 10 only a scanner, which is specifically the polygon scanner 3a, on.
  • the scanner can move the laser beam 2 in a spatial direction;
  • the substrate is moved in the illustrated embodiment with the substrate transport device 15.
  • discontinuous transport devices and two-dimensional scanner units are used.
  • the laser doping system further comprises a media supply 13, which can provide controlled liquid and gaseous media, and a media disposal unit 14, which serves for the discharge of spent liquids, gases and auxiliary gases.
  • FIG. 5 schematically illustrates, in addition to the preceding figures, that the scanner unit 3 can move the laser beam 2 on a path E over a plurality of substrates 8.
  • the laser beam 2 is moved in the y direction.
  • no moving means is shown.
  • the beam or wafer may be moved, or both the wafer and the beam may be moved.
  • FIG. 6 outlines another possible embodiment of a laser doping system according to the invention and a method sequence for laser doping.
  • One or more substrates 8 are in a first step by a transport system 15, which may be, for example, a belt transport system, an air cushion transport system or a moving Chuck transport system, moved in a transport direction T in the system.
  • a transport system 15 which may be, for example, a belt transport system, an air cushion transport system or a moving Chuck transport system, moved in a transport direction T in the system.
  • a dopant which may be, for example, a liquid, which is applied to the substrates 8, for example, by a spraying or rolling technique.
  • a next process step F further transport of the substrates 8 to a position detection system 17, where the substrates 8 are picked up by a chuck 16, the exact substrate position is detected and then the substrates 8 on the chuck 16 with a high spatial position accuracy in the scanning of a in the above Embodiments explained fiber laser to be transported.
  • the laser doping of the substrates 8 takes place with the laser beam 2 of the fiber laser schematically illustrated here, wherein the high positioning accuracy also allows a locally defined doping of the substrates 8.
  • a further transport of the substrates 8 takes place, likewise under high positioning accuracy, under a control device 18, where the result of the laser doping can be controlled. After checking, the further transport of the substrates 8 is carried out with a normal transport system 15.
  • the substrates 8 are cleaned, for example by applying a rinsing liquid.
  • FIG. 7 schematically shows a possible application variant of the method according to the invention for doping substrates 8.
  • the substrate 8 to be doped has a doping layer 19 or 20 both on the substrate surface 4 and on the substrate rear side 24.
  • a doping layer 19 or 20 may also be provided only on the substrate surface 4 or only on the substrate rear side 24.
  • the substrate 8 is held during the doping by a carrier 22 or also transported by the carrier 22 through a doping system.
  • the carrier 22 is, for example, a chuck or carrier suitable for holding or transporting substrates 8.
  • the carrier 22 has a reflecting surface 23 through which a laser beam 2 impinging on the carrier 22 through the substrate 8 is reflected back by the substrate 8 as a reflected laser beam 21.
  • the doping layer 20 on the substrate back 24 is optional, that is, it does not have to be provided.
  • the method shown in FIG. 7 is suitable also to accelerate the doping of the substrate front side of the substrate 8, and / or to increase the penetration depth of the dopants into the substrate 8.
  • an air gap 25 may optionally be provided between the doping layer 20 on the substrate rear side 24 and the carrier 22.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

The invention relates to a system and to a method for doping substrates using a laser, wherein in the method at least one doping agent is in contact with the substrate surface and the substrate surface is locally heated by a laser beam. It is the aim of the present invention to provide a laser doping process, which allows for substrates to be doped at high speed, while generating a low dislocation density on the substrate surface, achieving good electrical activation of dopants, and moreover providing the option of deliberately doping certain regions to a higher degree. Said aim is achieved by a system for doping substrates using a laser, wherein the system comprises at least one fiber laser having a laser beam with a round beam cross-section and a scanner unit, by which a laser beam can scan the substrate surface, wherein the emitted light of the fiber laser has a wavelength in the range of 750 nm to 3000 nm. The aim is further achieved by a method for doping substrates, in which at least one doping agent is in contact with the substrate surface and the substrate surface is locally heated by a laser beam, wherein a fiber laser having a laser beam with a round beam cross-section is generated, which is guided over the substrate surface by a scanner unit, wherein the fiber laser emits light having a wavelength of 750 nm to 3000 nm.

Description

Anlage und Verfahren zur Dotierung von Halbleitermaterialien  Plant and method for doping semiconductor materials
Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Dotierung von Substraten mit Laser, wobei bei dem Verfahren wenigstens ein Dotierstoff in Kontakt mit der Substratoberfläche ist und eine lokale Erwärmung der Substratoberfläche durch einen Laserstahl erfolgt. The invention relates to a system and a method for doping substrates with laser, wherein in the method at least one dopant is in contact with the substrate surface and a local heating of the substrate surface is effected by a laser steel.
Anlagen der genannten Gattung sind in der industriellen Praxis in der Regel Batchöfen oder Durchlaufdotieranlagen, in welchen die Solarzellensubstrate auf zur Dotanten- Diffusion benötigte Temperaturen von mehr als 800°C aufgeheizt werden. Bei der Dotierung des Emitters von Solarzellen bestehen, wie es beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2007 035 068 beschrieben ist, teilweise konträre Anforderungen an die Dotierung. In den optisch offenen Bereichen darf die Dotierung nicht zu hoch sein, da sehr hohe Dotieratomkonzentrationen die Rekombination von Elektron-Loch-Paaren begünstigen und so einem gewünschten hohen Wirkungsgrad der Solarzellen im Weg stehen. Andererseits ist insbesondere im Kontaktbereich von Anschlusselektroden eine sehr hohe Dotierung für die Herstellung eines benötigten Ohmschen Kontaktes notwendig. Die konträren Anforderungen führten in jüngerer Zeit vor allem in Labormustern zur Realisierung von höher dotierten Gebieten in den Kontaktbereichen und den sogenannten selektiven Emittern. Die Herstellung dieser selektiven Emitter erfordert bei Realisierung mit herkömmlichen Methoden vielfach einen unwirtschaftlich hohen Aufwand. Plants of the type mentioned are usually in industrial practice batch ovens or continuous doping systems in which the solar cell substrates are heated to required for dopant diffusion temperatures of more than 800 ° C. When doping the emitter of solar cells, as described for example in the document DE 10 2007 035 068, partially contrary requirements for the doping. In the optically open regions, the doping must not be too high, since very high doping atom concentrations favor the recombination of electron-hole pairs and thus stand in the way of a desired high efficiency of the solar cells. On the other hand, a very high doping is particularly necessary in the contact region of terminal electrodes for the production of a required ohmic contact. The contrary requirements have recently led, especially in laboratory samples, to the realization of more heavily doped areas in the contact areas and the so-called selective emitters. The preparation of these selective emitters often requires an uneconomically high cost when realized with conventional methods.
In den letzten Jahren wurden auch Laseranlagen zur Dotierung von Halbleitern entwickelt. In der Druckschrift DE 10 2004 036 220 B4 werden Laserdotierprozesse als Ersatz für herkömmliche Ofendotierprozesse beschrieben, deren Vorteil hauptsächlich darin besteht, dass die Bearbeitungszeit und Prozesslogistik günstiger als in Ofenprozessen sind und dass die Energieeffizienz bei Laserprozessen besser ist. Die in dieser Druckschrift beschriebenen Verfahren weisen jedoch generell das Problem auf, dass die laserdotierten Substrate hohe Versetzungsdichten und eine geringe Qualität besitzen. In recent years, laser systems for doping semiconductors have also been developed. The document DE 10 2004 036 220 B4 describes laser doping processes as a replacement for conventional furnace doping processes, whose main advantage is that the processing time and process logistics are more favorable than in furnace processes and that the energy efficiency in laser processes is better. However, the methods described in this document generally have the problem that the laser-doped substrates have high dislocation densities and low quality.
Die Druckschrift löst das Problem der hohen Versetzungsdichte nach Aufschmelzen der Oberfläche und Rekristallisation dadurch, dass der Laserstrahl zu einer Linie mit einer Breite von 10 μιη und einer Länge von 100 μιη fokussiert wird und dieser Linienfokus die Oberfläche des Substrats abscannt. Als Nachteile dieses Verfahrens sind die geringe Bearbeitungsgeschwindigkeit und der technische Aufwand zur Realisierung eines zuverlässigen Autofokussystems zu nennen. Die angestrebten Charakteristiken für die Dotierung sind an die Charakteristiken der Dotierungen angelehnt, die in Ofenprozessen erzeugt werden. Das hei ßt, als Tiefe der Dotierung wird ein Bereich bis zu einem Mikrometer angestrebt. Aus der bekannten Eindringtiefe von Licht in Silizium in Abhängigkeit von der Wellenlänge wird so geschlussfolgert, dass Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 600 nm oder weniger eingesetzt werden muss. The document solves the problem of high dislocation density after melting of the surface and recrystallization in that the laser beam to a line with a Width of 10 μιη and a length of 100 μιη is focused and this line focus scans the surface of the substrate. The disadvantages of this method are the low processing speed and the technical complexity for realizing a reliable autofocus system. The desired characteristics for the doping are based on the characteristics of the dopants, which are produced in furnace processes. That is, as the depth of the doping, a range up to one micrometer is desired. From the known depth of penetration of light into silicon as a function of the wavelength, it is concluded that laser radiation having a wavelength of 600 nm or less must be used.
Batchanlagen zur Dotierung sind derzeit Standard in der Silizium-Solarzellenproduktion. Nachteile sind eine relativ lange Bearbeitungszeit auf diesen Anlagen und große mechanische Abmessungen. Die beherrschbaren Temperaturen sind auf weniger als 1000°C begrenzt, und durch die Erwärmung der gesamten Substrate besteht das Problem des Eintrags von Kontaminationen über die Substratrückseite. Ein weiteres Problem bei herkömmlichen Dotiermethoden ist, dass die Dotanten zwar in das Siliziumkristall eindiffundieren, aber zu großen Teilen nicht auf Gitterplätze eingebaut und elektrisch aktiviert werden. Batch systems for doping are currently standard in silicon solar cell production. Disadvantages are a relatively long processing time on these systems and large mechanical dimensions. The controllable temperatures are limited to less than 1000 ° C, and the heating of the entire substrates poses the problem of introducing contaminants across the back of the substrate. Another problem with conventional doping methods is that although the dopants diffuse into the silicon crystal, they are largely not incorporated into lattice sites and are electrically activated.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Laserdotierprozess bereit zu stellen, der es erlaubt, Substrate in hoher Geschwindigkeit zu dotieren, dabei eine geringe Versetzungsdichte an der Substratoberfläche zu erzeugen, eine gute elektrische Aktivierung von Dotanten zu erreichen und darüber hinaus die Option zu bieten, bestimmte Bereiche gezielt höher zu dotieren. It is the object of the present invention to provide a laser doping process which allows substrates to be doped at high speed, thereby producing a low dislocation density at the substrate surface, achieving good electrical activation of dopants and, moreover, offering the option to dope certain areas targeted higher.
Diese Aufgabe wird durch eine Anlage der oben genannten Gattung gelöst, die wenigstens einen Faserlaser mit einem Laserstrahl mit rundem Strahlquerschnitt und eine Scannereinheit aufweist, durch welche die Substratoberfläche mit dem Laserstrahl abrastbar ist, wobei das emittierte Licht des Faserlasers eine Wellenlänge im Bereich von 750 nm bis 3000 nm aufweist. This object is achieved by a plant of the above-mentioned type, which has at least one fiber laser with a laser beam with a circular beam cross section and a scanner unit, through which the substrate surface can be latched to the laser beam, wherein the emitted light of the fiber laser has a wavelength in the range of 750 nm up to 3000 nm.
Faserlaser sind eine junge Entwicklung auf dem Gebiet der Lasertechnik. Diese neuartigen Laser zeichnen sich durch eine sehr hohe Leistungsfähigkeit und sehr hohe Strahlgüte bei gleichzeitig niedrigem Preis aus. Durch die hohe Leistungsfähigkeit dieser neu- en Laserklasse ist es möglich, neue Wege beim Bau von Laserdotieranlagen zu gehen. Die zur Prozesssierung benötigte Energie kann nun nicht mehr nur lokal in einem Brennpunkt bereitgestellt werden, sondern es kann mit einem Laserstrahl gearbeitet werden, dessen runder Strahlquerschnitt Dimensionen von 20 bis 500 μιη aufweist und dieser Querschnitt in einem komfortablen Strahllängenbereich von etwa 1 mm zur Verfügung steht. Die Leistung dieser Laser eignet sich zur Bearbeitung vollständiger Substratflächen fotovoltaischer Substrate. Fiber lasers are a recent development in the field of laser technology. These novel lasers are characterized by a very high performance and very high beam quality at the same time low price. Due to the high performance of this new In the laser class, it is possible to break new ground in the construction of laser doping systems. The energy required for processing can now be provided not only locally in one focal point, but it can be used with a laser beam whose round beam cross-section dimensions of 20 to 500 μιη and this cross section is available in a comfortable beam length range of about 1 mm , The performance of these lasers is suitable for processing complete substrate surfaces of photovoltaic substrates.
Im Vergleich der Energieeffizienz der erfindungsgemäßen Laserdotieranlage mit einer herkömmlichen Ofendotieranlage ist die erfindungsgemäße Laserdotieranlage im Vorteil. In Faserlasern wird der Lichtstrahl mit einem hohen Wirkungsgrad erzeugt, und die Lichtenergie im Laserdotierprozess wird effizient genutzt, da nur die Oberfläche des Substrates und nicht das gesamte Substrat erwärmt wird. Die Verschonung des Substrats vor thermischer Belastung im Dotierprozess eröffnet auch neue Möglichkeiten für die Gesamttechnologie der Solarzellen. So kann die Laserdotierung anders als die Ofendotierung in einem späteren Schritt in der Gesamttechnologie erfolgen, an welchem das Substrat bereits temperaturempfindliche Elemente aufweist. Dieser Vorteil kommt vor allem bei aufwendigeren Technologien und beispielsweise bei bifacialen Zellkonzepten zum Tragen. Mit Laserdotieranlagen können auch mehrere Dotierprozesse in Abfolge und auf beiden Oberflächen der Substrate durchgeführt werden. In comparison of the energy efficiency of the laser doping system according to the invention with a conventional furnace doping system Laserdotieranlage invention is advantageous. In fiber lasers, the light beam is generated with high efficiency, and the light energy in the laser doping process is used efficiently because only the surface of the substrate and not the entire substrate is heated. The sparing of the substrate from thermal stress in the doping process also opens up new possibilities for the overall technology of the solar cells. Thus, unlike furnace doping, laser doping may occur in a later step in overall technology, where the substrate already has temperature sensitive elements. This advantage is particularly important in more complex technologies and, for example, in bifacial cell concepts. With Laserdotieranlagen more doping processes in sequence and on both surfaces of the substrates can be performed.
Im Vergleich zu herkömmlichen Ofendotieranlagen wird nicht nur die Energie effizienter genutzt sondern auch die Dotierstoffe werden effizienter ihrer Aufgabe der Halbleiterdotierung zugeführt. Die Dotierstoffe werden nicht in unerwünschter Weise an Zwischengitterplätzen an der Oberfläche eingebaut, sondern sie werden durch die höheren Temperaturen vorteilhaft und effizient auf Gitterplätzen eingebaut. Wegen der effizienteren Nutzung genügt ein geringerer Dotierstoffauftrag. In comparison to conventional furnace doping systems not only the energy is used more efficiently but also the dopants are more efficiently fed to their task of semiconductor doping. The dopants are not incorporated undesirably at interstices on the surface, but they are installed by the higher temperatures advantageous and efficient on lattice sites. Because of the more efficient use, a smaller dopant application is sufficient.
Zur Bewegung des Laserstrahls über die Substratoberfläche können erfindungsgemäß zudem geeignete kommerziell zur Verfügung stehende Scannereinheiten genutzt werden, die den Strahl mit der nötigen Präzision und Geschwindigkeit bewegen können. Die Geschwindigkeit der Scanner kann dabei variiert werden, sodass neben einer ganzflächig gleichmäßigen Bearbeitung auch eine lokal differenzierte Bearbeitung möglich ist. Der Laserprozess ist sehr flexibel steuerbar, regelbar und optimierbar, da sowohl die Scannereinheit als auch der Faserlaser selbst sehr flexibel betreibbar sind. Durch die Eigenschaften des Systems aus Faserlaser und Scannereinheit ist die Tiefe des dotierten Gebietes im Substrat flexibel kontrollierbar. Dotierprofile und elektrische Widerstände sind präzise einstellbar. Dadurch kann der Einsatz von erfindungsgemäßen Laserdotieranlagen zu verbesserten Produkten, zum Beispiel verbesserten Solarzellen, führen. For moving the laser beam over the substrate surface, it is also possible according to the invention to use suitable commercially available scanner units, which can move the beam with the necessary precision and speed. The speed of the scanners can be varied so that in addition to uniform processing over the entire surface, locally differentiated processing is also possible. The laser process is very flexibly controllable, controllable and optimized, since both the scanner unit and the fiber laser itself are very flexible to operate. Due to the properties of the fiber laser and scanner unit system, the depth of the doped region in the substrate can be flexibly controlled. Doping profiles and electrical resistances are precisely adjustable. As a result, the use of laser doping systems according to the invention can lead to improved products, for example improved solar cells.
Neben den Vorteilen bei dem eigentlichen Dotierprozess führt der Einsatz der Laserdotierung auch zu weiteren Vorteilen am Rande der Prozessierung. Da sich die Substratoberfläche durch den auftreffenden Laserstrahl sehr schnell erwärmt, sind für die Substrate keine Vorwärmphase und keine Abkühlphase notwendig. Dadurch wird ein schnellerer Gesamtprozess möglich. Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Laserdotieranlage mit kleineren räumlichen Abmessungen als ein Dotierofen realisiert werden. Die Platzersparnis beim Einsatz von Laserdotieranlagen mündet in einen Kostenvorteil bei der Errichtung von Fertigungseinrichtungen. In addition to the advantages of the actual doping process, the use of laser doping also leads to further advantages on the edge of the processing. Since the substrate surface heats up very quickly by the impinging laser beam, no preheating phase and no cooling phase are necessary for the substrates. This makes a faster overall process possible. Furthermore, the laser doping system according to the invention can be realized with smaller spatial dimensions as a doping furnace. The space savings when using laser doping systems leads to a cost advantage in the construction of manufacturing facilities.
Erfindungsgemäß verwendet die Laserdotieranlage einen Faserlaser, der Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 750 bis 3000 nm emittiert. In diesem Wellenlängenbereich existieren ausgereifte Faserlaser. Für die Bearbeitung von Siliziumsubstraten scheint dieser Wellenlängenbereich jedoch zunächst ungeeignet zu sein, da Silizium in diesem Bereich transparent ist. Durch die hohe Leistungsdichte in einem Faserlaserstrahl wird die Oberfläche des Substrates jedoch schnell erwärmt, wobei der Effekt der thermischen Akkumulation der Volumen-anregung auftritt. Durch die Materialerwärmung ändern sich die optischen Eigenschaften des Substrates. Bei Silizium erhöht sich die Absorption. Dadurch sinkt die Eindringtiefe. Die Eindringtiefe ist sogar durch Einstellung geeigneter Parameter wie z. B. der Leistung, der Scannergeschwindigkeit, der Pulsenergie, der Pulsdauer oder der Repetitionsrate auf einen gewünschten Bereich regelbar. Mit einer Laserdotieranlage in diesem Wellenlängenbereich können Siliziumsubstrate tiefer als mit Ofenprozessen dotiert werden. Bei der Herstellung von Solarzellen und speziell der Phosphordotierung des Emitters von Solarzellen können hiermit beispielsweise Dotiertiefen im Bereich von 1 bis 10 μιη realisiert werden. Durch die höhere Dotiertiefe bei gleichzeitig homogener Dotierung über die Tiefe können die Kontaktierung und der Gesamtwirkungsgrad der Solarzelle verbessert werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, einen Faserlaser zu verwenden, der Licht in einem Wellenlängenbereich von 500 bis 600 nm emittiert. Faserlaser in diesem Wellenlängenbereich sind erst seit kurzem kommerziell verfügbar. Anlagen, die in diesem kürzeren Wellenlängenbereich arbeiten, sind besonders für Anwendungen interessant, bei denen eine geringe Dotiertiefe gewünscht wird. According to the invention, the laser doping system uses a fiber laser which emits light having a wavelength in the range of 750 to 3000 nm. Sophisticated fiber lasers exist in this wavelength range. For the processing of silicon substrates, however, this wavelength range initially seems to be unsuitable, since silicon is transparent in this area. However, due to the high power density in a fiber laser beam, the surface of the substrate is heated rapidly, with the effect of thermal accumulation of volume excitation. Due to the material heating, the optical properties of the substrate change. Silicon increases the absorption. This reduces the penetration depth. The penetration depth is even by setting suitable parameters such. As the power, the scanner speed, the pulse energy, the pulse duration or the repetition rate to a desired range adjustable. With a laser doping system in this wavelength range, silicon substrates can be doped deeper than with furnace processes. In the production of solar cells and especially the phosphorus doping of the emitter of solar cells, for example, doping depths in the range of 1 to 10 μm can be realized hereby. Due to the higher doping depth and at the same time homogeneous doping over the depth, the contacting and the overall efficiency of the solar cell can be improved. In principle, it is also possible to use a fiber laser emitting light in a wavelength range of 500 to 600 nm. Fiber lasers in this wavelength range have only recently become commercially available. Systems operating in this shorter wavelength range are of particular interest for applications where low doping depth is desired.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist der eingesetzte Faserlaser ein Dauerstrichlaser oder ein gepulster Laser mit relativ langen Pulslängen im Bereich von 80 ns bis 10 με. Unter diesen Bedingungen ist eine Dotierung von Substraten möglich, ohne dass deren kristalliner Aufbau oberflächlich geschädigt wird. Des Weiteren werden die Dotanten gut in dem Substratkristall eingebaut und elektrisch aktiviert. Im Dauerstrichbetrieb stehen besonders hohe Leistungen von beispielsweise 5 kW zur Verfügung. Der Einsatz von Dauerstrichlasern ist deshalb besonders für eine schnelle und kostengünstige Bearbeitung von Vorteil. Im gepulsten Betrieb stehen nur geringere Leistungen von beispielsweise 300 W zur Verfügung. Vorteile im Pulsbetrieb sind zusätzliche verfügbare Parameter. So kann beispielsweise über die Pulsform, die Pulsdauer, die Repetitionsrate und die räumliche Puls-zu-Puls-Überlappung ein stärkerer Einfluss auf die Dotierstoffteilung genommen werden. In a preferred embodiment of the present invention, the fiber laser used is a continuous wave laser or a pulsed laser with relatively long pulse lengths in the range of 80 ns to 10 με. Under these conditions, a doping of substrates is possible without superficially damaging their crystalline structure. Furthermore, the dopants are well incorporated into the substrate crystal and electrically activated. In continuous wave operation, particularly high powers of, for example, 5 kW are available. The use of continuous wave lasers is therefore particularly advantageous for rapid and cost-effective processing. In pulsed operation, only lower powers of, for example, 300 W are available. Advantages in pulse mode are additional available parameters. Thus, for example, via the pulse shape, the pulse duration, the repetition rate and the spatial pulse-to-pulse overlap a stronger influence on the dopant distribution can be taken.
In einer günstigen Weiterbildung der Erfindung weist die Anlage mehrere Faserlaser und/oder wenigstens einen Strahlteiler zur Erzeugung mehrerer Laserteilstrahlen unter Ausbildung einer Multi-Beam-Anordnung auf. Der Einsatz mehrerer Laser, die parallel betrieben werden, kann günstig sein, um den Durchsatz der Anlage zu erhöhen. So kann ein leistungsstarker Laserstrahl, dessen gesamte Leistung nicht in einem Strahl benötigt wird, unter Verwendung des Strahlteilers in mehrere Laserteilstrahlen zerlegt werden, wodurch die zeitgleiche Bearbeitung des Substrates mit mehreren Laserstrahlen oder Laserteilstrahlen und dadurch eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit möglich wird. In a favorable development of the invention, the system has a plurality of fiber lasers and / or at least one beam splitter for producing a plurality of laser partial beams while forming a multi-beam arrangement. The use of multiple lasers operating in parallel can be beneficial to increase plant throughput. Thus, a high-power laser beam whose entire power is not required in one beam can be separated into a plurality of laser sub-beams using the beam splitter, thereby enabling simultaneous processing of the substrate with a plurality of laser beams or partial laser beams, thereby enabling a higher processing speed.
In einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet die Laserdotieranlage ein diffraktives Element zur holographischen Strahlteilung in 50 bis 400 Laserteilstrahlen. Dieser Strahlteiler ist auf die jeweilige Aufgabe abgestimmt. Beispielsweise kann mit einem solchen aufgeteilten Strahl auf Solarzellsubtraten eine Vielzahl von selektiven Emitterfingern geschrieben werden. Der Strahlteiler ist dabei vor- zugsweise konstruktiv an die Anordnung der Finger angepasst. Die Kontaktelektrode einer Solarzelle umfasst neben den Fingern auch Hauptleitungen, sogenannte „bus bars", auf denen die Ladungen der einzelnen Finger gesammelt werden. Der selektive Emitter von Solarzellen wird sowohl in den Bereichen der einzelnen Finger als auch in den Bereichen der„bus bars" ausgebildet. Der Laserdotierprozess wird dabei in mehrere Arbeitsschritte unterteilt, die dem Schreiben der einzelnen Finger und der„bus bars" dienen. Die Dotiertiefe kann im Laserdotierprozess geändert werden, das kann beispielsweise dazu genutzt werden, in einzelnen Arbeitsschritten bei der Herstellung eines selektiven Emitters eine tiefere Dotierung auszubilden. In a specific embodiment of the present invention, the laser doping system uses a diffractive element for holographic beam splitting in 50 to 400 laser partial beams. This beam splitter is tuned to the respective task. For example, with such a split beam on solar cell substrates, a plurality of selective emitter fingers can be written. The beam splitter is present preferably structurally adapted to the arrangement of the fingers. The contact electrode of a solar cell comprises not only the fingers but also main lines, so-called "bus bars", on which the charges of the individual fingers are collected.The selective emitter of solar cells is used both in the areas of the individual fingers and in the areas of the "bus bars". educated. The doping depth can be changed in the laser doping process, which can be used, for example, in individual steps in the production of a selective emitter, a deeper doping train.
In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung weist die Scannereinheit wenigstens einen schnellen Scanner auf, welcher beispielsweise ein Galvo-Scanner, ein Polygonscanner und/oder ein Resonanzscanner sein kann. Mit einem solchen schnellen Scanner ist eine ausreichend hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit auf großflächigen Substraten möglich, die den Anforderungen aus der Produktion entsprechen. Die Auswahl der Scannerkomponenten erfolgt in Abhängigkeit von dem verwendeten Laser und von den geplanten Laserstrahlbewegungen. Richtwerte für derzeit erreichbare Verfahrensgeschwindigkeiten sind 20 m/s beim Einsatz gepulster Laser mit Repetitionsraten bis 1 MHz und 400 m/s beim Einsatz kontinuierlicher Laser. In a further advantageous variant of the invention, the scanner unit has at least one fast scanner, which may be, for example, a galvo scanner, a polygon scanner and / or a resonance scanner. With such a fast scanner, a sufficiently high processing speed is possible on large-area substrates that meet the requirements of production. The selection of the scanner components depends on the laser used and on the planned laser beam movements. Standard values for currently achievable process speeds are 20 m / s when using pulsed lasers with repetition rates up to 1 MHz and 400 m / s when using continuous lasers.
In einer günstigen Ausbildung der Anlage zur Dotierung von Substraten weist die Scannereinheit einen Scannbereich auf, der sich über wenigstens zwei Substrate erstreckt. Wenn in der Anlage kleinere Substrate, wie zum Beispiel Wafer bearbeitet werden und beispielsweise 7 x 8 Wafer auf einem Substratträger bearbeitet werden, ist es besonders günstig, wenn die Scannereinheit einen Scannbereich aufweist, der so groß wie der Substratträger ist, da in diesem Fall nur ein Faserlaser und eine Scannereinheit pro Anlage verbaut werden müssen. Der Bearbeitungsbereich kann aber auch auf zwei oder mehr Laserstrahlen aufgeteilt werden, wobei jeder Laserstrahl dann einen Scannbereich aufweist, der kleiner als der Substratträger ist. In a favorable embodiment of the system for doping substrates, the scanner unit has a scanning region which extends over at least two substrates. If smaller substrates, such as wafers, are being processed in the plant and, for example, 7 × 8 wafers are being processed on a substrate carrier, it is particularly favorable if the scanner unit has a scanning area which is as large as the substrate carrier, since in this case only a fiber laser and a scanner unit per system must be installed. However, the processing area can also be divided into two or more laser beams, each laser beam then having a scanning area which is smaller than the substrate carrier.
In einer Weiterbildung weist die erfindungsgemäße Anlage wenigstens eine Positioniereinrichtung für die Substrate im Scannbereich des Lasers und/oder wenigstens eine Kontrolleinrichtung für die Substrate auf. Wenn Sie Substrate nicht nur ganzflächig bearbeitet werden, sondern lokal definiert eine besondere Bearbeitung erfahren sollen, ist es erforderlich, dass eine exakte Positionierung der Substrate relativ zu der Scannereinheit erfolgt. Zur Gewährleistung dieser hohen Positioniergenauigkeit in der Laserdotieranlage kann eine aus dem Stand der Technik bekannte Positioniereinrichtung entweder im Laserdotiermodul integriert sein, oder die Positioniereinrichtung kann in Transportrichtung vor dem Laserdotiermodul angeordnet sein, wobei dann ein Transportsystem mit exakter Substratpositionsübertragung verwendet werden muss. In a development, the system according to the invention has at least one positioning device for the substrates in the scanning region of the laser and / or at least one control device for the substrates. If you not only process substrates over the entire surface, but experience locally defined special processing It is necessary that an exact positioning of the substrates is carried out relative to the scanner unit. To ensure this high positioning accuracy in the laser doping system, a positioning device known from the prior art can either be integrated in the laser doping module, or the positioning device can be arranged in the transport direction in front of the laser doping module, in which case a transport system with exact substrate position transmission must be used.
Desweiteren kann in einer günstigen Weiterbildung eine Kontrolleinrichtung für die erfolgte Dotierung vorgesehen sein. Diese Kontrolleinrichtung kann eine aus dem Stand der Technik bekannte Messeinrichtung zur optischen oder elektrischen Oberflächencharakterisierung sein. Zur richtigen Zuordnung der Messwerte in ihrer Position ist wieder eine exakte Substratpositionsübertragung notwendig. Furthermore, in a favorable development, a control device can be provided for the doping that has taken place. This control device may be a known from the prior art measuring device for optical or electrical surface characterization. For the correct assignment of the measured values in their position, an exact substrate position transmission is necessary again.
Die gestellte Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Dotierung von Substraten gelöst, bei welchem wenigstens ein Dotierstoff in Kontakt mit der Substratoberfläche ist und eine lokale Erwärmung der Substratoberfläche durch einen Laserstrahl erfolgt. Dabei wird ein Faserlaser verwendet, welcher einen runden Strahlquerschnitt erzeugt und der mit einer Scannereinheit über die Substratoberfläche geführt wird, wobei der Faserlaser Licht mit einer Wellenlänge von 750 nm bis 3000 nm abstrahlt. The stated object is further achieved by a method for doping substrates in which at least one dopant is in contact with the substrate surface and a local heating of the substrate surface by a laser beam takes place. In this case, a fiber laser is used which generates a round beam cross section and which is guided with a scanner unit over the substrate surface, wherein the fiber laser emits light having a wavelength of 750 nm to 3000 nm.
Eine Voraussetzung für die Realisierung des beschriebenen Verfahrens ist, dass die Lasertechnik in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung durchlaufen hat, die unter anderem zu leistungsstarken und preisgünstigen Faserlasern geführt hat. Wesentliche Merkmale, die zu einer Realisierung eines technisch funktionierenden und wirtschaftlich sinnvollen Laserdotierverfahrens führen, sind der geringe Preis des Faserlasers, die gute Strahlqualität mit gau ßförmiger Leistungsdichteverteilung im Strahlquerschnitt, ein runder Strahlquerschnitt und die hochentwickelten Scannereinheiten, welche das Abrastern der Substratoberfläche gestatten. A prerequisite for the realization of the method described is that the laser technology has undergone rapid development in recent years, which has led, inter alia, to high-performance and low-cost fiber lasers. Essential features that lead to a realization of a technically functioning and economically meaningful Laserdotierverfahrens are the low price of the fiber laser, the good beam quality with gau ßförmiger power density distribution in the beam cross section, a round beam cross section and the sophisticated scanner units, which allow the scanning of the substrate surface.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren strahlt der Faserlaser Licht mit einer Wellenlänge von 750 nm bis 3000 nm aus. In diesem Wellenlängenbereich ist Silizium für Licht geringer Leistung transparent. Bei hohen Leistungsdichten, wie sie in dem Strahl eines Faserlasers auftreten, wird die Substratoberfläche jedoch schnell erwärmt und es kommt zu einer Veränderung der optischen Eigenschaften. Dadurch wird die Eindringtiefe des Lieh- tes in das Silizium bis in die Größenordnung von 1 μιη reduziert. Die genaue Eindringtiefe kann durch die Wahl von Prozessparametern sogar eingestellt werden. In the method according to the invention, the fiber laser emits light with a wavelength of 750 nm to 3000 nm. Silicon is transparent to low power light in this wavelength range. However, at high power densities, such as occur in the beam of a fiber laser, the substrate surface is heated rapidly and there is a change in optical properties. This will reduce the penetration depth of the Tes reduced in the silicon to the order of 1 μιη. The exact penetration depth can even be adjusted by the choice of process parameters.
Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, Faserlaser einzusetzen, die Licht mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 600 nm ausstrahlen. Solche Verfahren kommen vor allem dann zum Einsatz, wenn eine geringe Eindringtiefe des Lasers in das Substrat oder eine geringe Dotiertiefe gewünscht ist. In principle, however, it is also conceivable to use fiber lasers which emit light having a wavelength of 500 nm to 600 nm. Such methods are mainly used when a low penetration depth of the laser into the substrate or a low doping depth is desired.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Laserdotierverfahrens hat es sich als günstig erwiesen, kontinuierlich arbeitende Dauerstrichlaser oder gepulste Laser mit relativ langen Pulslängen im Bereich von 80 ns bis 10 με zu verwenden. Der Einsatz dieser langen Impulse bewirkt eine relativ lange Temperatureinwirkzeit auf die Substratoberfläche, die deshalb nicht oder nur gering aufgeschmolzen werden muss und deshalb nach der Dotierung keine Kristallschäden an der Substratoberfläche zu verzeichnen sind. Eine ausreichende Dotierstoffeinbringung wird trotz der für Laserdotierprozesse relativ niedrigen Temperatur durch die relativ lange Temperaturwirkungszeit erreicht. In carrying out the laser doping method according to the invention, it has proven to be advantageous to use continuously operating continuous wave lasers or pulsed lasers having relatively long pulse lengths in the range from 80 ns to 10 με. The use of these long pulses causes a relatively long temperature reaction time on the substrate surface, which therefore does not have to be melted or only slightly melted and therefore no crystal damage to the substrate surface can be recorded after the doping. Sufficient dopant introduction is achieved despite the relatively low temperature for laser doping processes due to the relatively long temperature action time.
In einer günstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Pulsform des gepulsten Lasers so ausgebildet, dass sie in einem Zeit-Leistungs- Diagramm eine annähernd rechteckige Form mit wenigstens einer kurzen Anstiegszeit und Pulslängen im Bereich von 80 ns bis 10 με und ohne nennenswerte Leistungsspitzen erscheint. Im Gegensatz zu anderen gepulsten Lasern, wo die verfügbare Leistung auf sehr kurze Leistungsspitzen konzentriert wird, ist es mit einem Faserlaser möglich, sehr lange Pulse mit gleichmäßiger Pulsleistung zu erzeugen. Diese langen Pulse ermöglichen eine schonende Substratbearbeitung, die selbst dann, wenn das Substrat aufgeschmolzen wird, zu geringen Kristallschäden und somit zu leistungsfähigen Solarzellprodukten führt. Zur schnellen Bearbeitung der Substrate ist es günstig, wenn die vordere Pulsflanke steil ist, das heißt, dass die Pulsleistung des Lasers schnell erreicht wird. Die abfallende Flanke kann hingegen flacher gestaltet werden, um die Temperatureinwirkzeit zu erhöhen und ein langsameres und stressärmeres Rekristallisieren zu ermöglichen. In a favorable embodiment of the method according to the invention, the pulse shape of the pulsed laser is designed to appear in a time-power diagram an approximately rectangular shape with at least a short rise time and pulse lengths in the range of 80 ns to 10 με and without significant power peaks. Unlike other pulsed lasers, where the available power is concentrated on very short power peaks, a fiber laser makes it possible to generate very long pulses with uniform pulse power. These long pulses enable gentle substrate processing, which, even when the substrate is melted, leads to low crystal damage and thus to efficient solar cell products. For rapid processing of the substrates, it is advantageous if the front pulse edge is steep, that is, that the pulse power of the laser is reached quickly. On the other hand, the falling flank can be made flatter to increase the temperature response time and to enable a slower and less stressful recrystallization.
In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird so gearbeitet, dass die Substratoberfläche nur soweit erwärmt wird, dass ihr fester Aggregatzustand erhalten bleibt. Die erfindungsgemäße Laserdotierung erfolgt hierbei bei relativ niedriger Temperatur, das heißt unter der Schmelztemperatur des Substrates und im Gegenzug bei relativ langer Dotierzeit; dies ermöglicht eine sehr schonende Bearbeitung der Substrate. Durch die Vermeidung von Aufschmelzung und Rekristallisation werden mit der Rekristallisation verbundene Fehlermechanismen komplett vermieden. Für die Bearbeitung von Solarzellsubstraten, deren Oberfläche zur Erhöhung der Lichtempfindlichkeit strukturiert ist, ist es auch essentiell, dass Dotierverfahren verwendet werden, die die hergestellten Oberflächenstrukturen vollständig erhalten und nicht einschmelzen. In an advantageous variant of the method according to the invention is carried out so that the substrate surface is heated only so far that their solid state preserved. In this case, the laser doping according to the invention takes place at a relatively low temperature, that is to say below the melting temperature of the substrate and, in return, with a relatively long doping time; This allows a very gentle processing of the substrates. By avoiding melting and recrystallization, failure mechanisms associated with recrystallization are completely avoided. For the processing of solar cell substrates whose surface is structured to increase the photosensitivity, it is also essential that doping methods are used which completely preserve the surface structures produced and do not melt.
In einer günstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verfahren zu einer ganzflächigen Dotierung von Substraten eingesetzt. Die schonende Substratbearbeitung mit dem Dauerstrichlaser oder dem mit langen Pulsen gepulsten Faserlaser gestattet sowohl technisch als auch ökonomisch die Dotierung großer Substratflächen wie zum Beispiel der optisch aktiven Bereiche auf Solarzellen. In a favorable embodiment of the method according to the invention, the method is used for a full-area doping of substrates. The gentle substrate processing with the continuous wave laser or the pulsed with long pulses fiber laser allows both technically and economically the doping of large substrate surfaces such as the optically active regions on solar cells.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nicht alle Bereiche der Substratoberfläche gleich bearbeitet, sondern definierte Substratbereiche werden stärker thermisch belastet und stärker dotiert. Ein wichtiger Verfahrensparameter zur Realisierung einer stärkeren Dotierung ist eine reduzierte Geschwindigkeit der Scannerbewegung. Alternativ oder unterstützend dazu können jedoch auch andere Parameter des Laserdotierverfahrens variiert werden. In an advantageous development of the method according to the invention not all areas of the substrate surface are processed the same, but defined substrate areas are more thermally stressed and more heavily doped. An important process parameter for realizing a stronger doping is a reduced speed of the scanner movement. Alternatively or as a support thereto, however, other parameters of the laser doping method can also be varied.
In einer möglichen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird so gearbeitet, dass die Substratoberfläche lokal aufgeschmolzen wird. Wenn die Oberflächenmorphologie der Substrate nicht erhalten werden muss, ist auch eine Laserdotierung mit Aufschmelzen und Rekristallisieren der Substratoberfläche möglich. Durch die höhere Temperatur und den flüssigen Aggregatzustand an der Oberfläche ist die Herstellung einer sehr hohen Dotierung möglich. Bei Verwendung sehr hoher Energiedichten, ist es auch möglich auf dem Substrat vorhandene Isolierschichten zu öffnen, bei Bedarf zu entfernen oder in die Substratschmelze einzudiffundieren. Die erfindungsgemäße Verfahrensvariante kann zum Beispiel bei Verwendung von Solarzellsubstraten mit bereits vorhandener Emitterdotierung und Antireflexionsbeschichtung dazu verwendet werden, die Antirefle- xionsbeschichtung in den Bereichen der späteren Kontaktierung zu öffnen und gleichzeitig eine Höherdotierung in diesen selektiven Emitterbereichen vorzunehmen. Da bei die- sem Verfahren nur die für die Kontakte vorgesehenen Oberflächenbereiche elektrisch leitfähig sind, ist eine besonders einfache, selbstjustierende galvanische Abscheidung der Kontakte möglich. In a possible variant of the method according to the invention, work is carried out in such a way that the substrate surface is melted locally. If the surface morphology of the substrates need not be obtained, laser doping with reflow and recrystallization of the substrate surface is also possible. Due to the higher temperature and the liquid state of aggregation at the surface, the production of a very high doping is possible. When using very high energy densities, it is also possible to open on the substrate existing insulating layers, if necessary to remove or diffuse into the substrate melt. When using solar cell substrates with already existing emitter doping and antireflection coating, the method variant according to the invention can be used, for example, to open the antireflection coating in the areas of the subsequent contacting and at the same time to carry out high doping in these selective emitter regions. Since sem method only the surface areas intended for the contacts are electrically conductive, a particularly simple, self-aligned electrodeposition of the contacts is possible.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit dadurch erhöht, dass mehrere Laser gleichzeitig verschiedene räumliche Bereiche der Substratoberfläche bestrahlen und durch die parallele Bearbeitung eine Vervielfachung der Bearbeitungsgeschwindigkeit erreicht wird. In a further embodiment of the method according to the invention, the processing speed is increased by several lasers simultaneously irradiating different spatial regions of the substrate surface and multiplying the processing speed by the parallel processing.
In einer speziellen Variante des erfindungsgemäßen Laserdotierverfahrens wird der Laserstrahl durch einen Strahlteiler in Laserteilstrahlen zerlegt. Ein solches Verfahren ist vor allem dann interessant, wenn nicht das gesamte Substrat bearbeitet werden soll, sondern nur lokale Gebiete. Beispielsweise kann ein solches Verfahren angewendet werden, wenn auf einem Solarzellensubstrat 50 bis 400 Fingerstrukturen eines selektiven Emitters geschrieben werden sollen. In dem Dotierverfahren kann der Laserstrahl durch ein diffraktives Element zur holografischen Strahlteilung in 50 bis 400 Laserteilstrahlen aufgeteilt werden, welche dann 50 bis 400 Fingerlinien des selektiven Emitters gleichzeitig schreiben können. In a special variant of the laser doping method according to the invention, the laser beam is split by a beam splitter into laser partial beams. Such a method is especially interesting if not the entire substrate is to be processed, but only local areas. For example, such a method may be used when 50 to 400 finger structures of a selective emitter are to be written on a solar cell substrate. In the doping process, the laser beam may be split by a holographic beam splitting diffractive element into 50 to 400 laser sub-beams, which may then simultaneously write 50 to 400 finger lines of the selective emitter.
In einem günstigen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bewegt die Scannereinheit den Laserstrahl in wenigstens einer Raumrichtung über wenigstens zwei Substrate. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Laserdotierverfahrens liegt häufig der Fall vor, dass mehrere Substrate in einer Reihe in der Scannrichtung eines Lasers angeordnet sind. Dadurch dass der Laserstrahl gleich über mehrere Substrate bewegt wird, gestaltet sich das Verfahren besonders einfach. Je nach Ausführung der Anlage kann die Laserstrahlbewegung über mehrere Substrate in eine oder in zwei Raumrichtungen erfolgen. In a favorable embodiment of the method according to the invention, the scanner unit moves the laser beam in at least one spatial direction over at least two substrates. When using the Laserdotierverfahrens invention is often the case that multiple substrates are arranged in a row in the scanning direction of a laser. The fact that the laser beam is moved directly over several substrates, the process is particularly simple. Depending on the design of the system, the laser beam movement can take place over several substrates in one or in two spatial directions.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird das Substrat bei der Dotierung von einem Träger gehalten oder transportiert, wobei der Träger eine den Laserstrahl in Richtung des Substrates reflektierende Oberfläche aufweist. Das heißt, der Träger weist eine spiegelnde Oberfläche auf, die den Laserstrahl, der das Substrat durchdrungen hat, zurückwirft. Dabei kann der reflektierte Laserstrahl erneut genutzt werden, um die Oberfläche des Substrates zu erwärmen und somit eine verbesserte Eindiffusion des Dotierstoffes in das Substrat zu ermöglichen. According to an advantageous development of the present invention, the substrate is held or transported during doping by a carrier, wherein the carrier has a surface reflecting the laser beam in the direction of the substrate. That is, the carrier has a specular surface that reflects the laser beam that has penetrated the substrate. In this case, the reflected laser beam again can be used to heat the surface of the substrate and thus to allow an improved diffusion of the dopant into the substrate.
Dabei kann sowohl auf der Vorderseite des Substrates als auch auf der Substratrückseite eine Dotierschicht vorgesehen sein, durch welche Dotanten in das Substrat eindringen können. In this case, a doping layer can be provided both on the front side of the substrate and on the substrate rear side, through which dopants can penetrate into the substrate.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert, wobei The present invention will be explained in more detail below with reference to figures, wherein
Figur 1 einen möglichen Grundaufbau einer erfindungsgemäßen Laserdotieranlage anhand einer Prinzipskizze zeigt; Figure 1 shows a possible basic structure of a Laserdotieranlage invention based on a schematic diagram;
Figur 2 schematisch eine weitere mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, in welcher eine Aufteilung eines Laserstrahls mittels eines Strahlenteilers in Teilstrahlen erfolgt; Figure 2 shows schematically a further possible embodiment of the present invention, in which a division of a laser beam by means of a beam splitter into partial beams takes place;
Figur 3 schematisch eine mögliche Pulsform eines Faserlasers zeigt; Figure 3 shows schematically a possible pulse shape of a fiber laser;
Figur 4 eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage als Figure 4 shows a possible embodiment of a system according to the invention as
Komponente einer Inline-Substratbearbeitungsanlage skizziert;  Outlined component of an in-line substrate processing equipment;
Figur 5 schematisch darstellt, dass sich die Scannlänge des Lasers über mehrere FIG. 5 schematically shows that the scanning length of the laser is greater than several
Substrate erstrecken kann;  Can extend substrates;
Figur 6 schematisch eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage und einen möglichen Verfahrensablauf zur Laserdotierung skizziert; und Figure 6 schematically outlines another possible embodiment of a system according to the invention and a possible procedure for laser doping; and
Figur 7 schematisch eine Anwendungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Dotierung von Substraten zeigt. Figure 7 shows schematically an application variant of the method according to the invention for the doping of substrates.
Fig. 1 zeigt schematisch ein mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Laserdotieranlage. Die einzelnen, in Fig. 1 dargestellten Elemente der Laserdotieranlage veranschaulichen lediglich deren Funktionsprinzip und sind daher nicht maßstabs- und detailgetreu gezeichnet, die Anordnung der Elemente in der Zeichnung ist nur der Darstellbarkeit geschuldet. Sie widerspiegelt nicht die konkrete Anordnung der Elemente in der Laserdotieranlage. Ein Faserlaser 1 strahlt einen Laserstrahl 2 aus, der von einer Scannereinheit 3 auf einem definierten Weg D über eine Substratoberfläche 4 eines Substrates 8 geführt wird. Die einzelnen Komponenten der Laserdotieranlage werden nun im Folgenden beschrieben. Fig. 1 shows schematically a possible embodiment of a Laserdotieranlage invention. The individual, shown in Fig. 1 elements of the laser doping system illustrate only their operating principle and are therefore not to scale and drawn in detail, the arrangement of the elements in the drawing is due only to the representability. It does not reflect the concrete arrangement of the elements in the laser doping system. A fiber laser 1 emits a laser beam 2, which is guided by a scanner unit 3 on a defined path D over a substrate surface 4 of a substrate 8. The individual components of the laser doping system will now be described below.
Die Laserdotieranlage weist wenigstens einen Faserlaser 1 auf, der in der gezeigten Darstellung ein leistungsstarker Laser ist, dessen Leistung ausreichend hoch ist, um das Substrat 8 in akzeptabler Zeit zu bearbeiten. Die Wellenlänge des in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 verwendeten Faserlasers 1 liegt im nahen infraroten Spektralbereich, in einem Wellenlängenbereich zwischen 750 nm und 3 μιη. Der Wellenlängenbereich und die Leistung des Faserlasers 1 bestimmen die Eindringtiefe des Laserstrahles 2 in das Substrat 8. Bei einem Silizium-Substrat wird die Eindringtiefe des Laserstrahles 2 vorzugsweise auf einen günstigen Tiefenbereich zwischen 1 μιη und 10 μιη eingestellt. The laser doping system has at least one fiber laser 1, which in the illustration shown is a high-performance laser whose power is sufficiently high to process the substrate 8 in an acceptable time. The wavelength of the fiber laser 1 used in the embodiment of Fig. 1 is in the near infrared spectral range, in a wavelength range between 750 nm and 3 μιη. The wavelength range and the power of the fiber laser 1 determine the penetration depth of the laser beam 2 in the substrate 8. In a silicon substrate, the penetration depth of the laser beam 2 is preferably adjusted to a favorable depth range between 1 μιη and 10 μιη.
Der konkret verwendete Faserlaser 1 bzw. seine konkret verwendete Wellenlänge hängt von der Art des Substrates 8 und von der gewünschten Eindringtiefe ab. So können für flache Dotierungen in Silizium oder für andere Substratmaterialien auch kürzere Wellenlängen als 750 nm angewendet werden. Die Auswahl der verwendeten Laserwellenlänge hängt auch von der Verfügbarkeit von Faserlasern auf dem Markt ab. Derzeit sind neben den Faserlasern, die im nahen Infrarotbereich arbeiten, Faserlaser verfügbar, die aus infrarotem Licht durch Frequenzverdopplung grünes Licht im Spektralbereich von 500 nm bis 600 nm erzeugen. In Ausführungsformen, wo eine geringe Dotiertiefe gewünscht ist, werden diese kurzwelligen Laser bevorzugt. The fiber laser 1 or its actual wavelength used depends on the nature of the substrate 8 and on the desired penetration depth. Thus, shallower wavelengths than 750 nm can also be used for flat dopants in silicon or for other substrate materials. The choice of laser wavelength used also depends on the availability of fiber lasers in the market. Currently, in addition to fiber lasers operating in the near infrared, fiber lasers are available that produce green light in the spectral range of 500 nm to 600 nm by frequency doubling infrared light. In embodiments where low doping depth is desired, these short wavelength lasers are preferred.
In Abhängigkeit von der Laserweiterentwicklung und von neuen Substraten bzw. anderen Anwendungen als der Dotierung von Siliziumsolarzellenemittern können erfindungsgemäß jedoch auch andere Wellenlängenbereiche zwischen ultraviolettem Licht mit Wellenlängen von 150 nm und infrarotem Licht mit Wellenlängen von 1 1 μιη eingesetzt werden. Depending on the laser development and of new substrates or other applications than the doping of silicon solar cell emitters, however, other wavelength ranges between ultraviolet light having wavelengths of 150 nm and infrared light having wavelengths of 11 μιη can also be used according to the invention.
Für die Anwendung der Laserdotierung von Solarzellsubstraten hat es sich als günstig erwiesen, das thermische Budget in das Substrat 8 in einer relativ langen Zeit einzutra- gen. Die Substratoberfläche 4 soll durch die Laserbearbeitung möglichst wenig aufgeschmolzen werden, um Versetzungen zu vermeiden. Deshalb ist der in Fig. 1 angewendete Faserlaser 1 ein kontinuierlich arbeitender Laser, also ein cw-Laser. In einer anderen, nicht dargestellten Ausführung ist der Faserlaser 1 ein gepulster Laser mit relativ langen Pulslängen zwischen 80 ns und 10 με. Bei Verwendung von gepulsten Lasern kann über die Pulsform zusätzlich das Dotierprofil eingestellt werden. Als besonders günstig haben sich rechteckförmige Pulse mit steilen Flanken zu Beginn des Pulses erwiesen. Die Pulsform ist jedoch nur ein Parameter der gemeinsam mit weiteren Parametern betrachtet und eingestellt werden muss. So spielen die Laserleistung, der Strahldurchmesser, die Strahlqualität, die Intensitätsverteilung im Strahlquerschnitt, die relative Bewegungsgeschwindigkeit des Laserstrahls, der Puls-zu-Puls-Überlapp, der Linien- überlapp, das Substratmaterial, dessen Textur, Kristallinität und Qualität, der verwendete Dotierstoff, die Umgebungstemperatur und eine Reihe anderer Parameter eine Rolle. For the application of the laser doping of solar cell substrates, it has proven to be advantageous to introduce the thermal budget into the substrate 8 in a relatively long time. The substrate surface 4 should be melted by the laser processing as little as possible in order to avoid dislocations. Therefore, the fiber laser 1 used in Fig. 1 is a continuously operating laser, that is, a cw laser. In another embodiment, not shown, the fiber laser 1 is a pulsed laser with relatively long pulse lengths between 80 ns and 10 με. When using pulsed lasers, the doping profile can additionally be adjusted via the pulse shape. Be particularly favorable rectangular pulses have proven with steep edges at the beginning of the pulse. However, the pulse shape is only one parameter that must be considered and adjusted together with other parameters. Thus the laser power, the beam diameter, the beam quality, the intensity distribution in the beam cross section, the relative movement speed of the laser beam, the pulse-to-pulse overlap, the line overlap, the substrate material, its texture, crystallinity and quality, the dopant used, ambient temperature and a number of other parameters.
Der Laserstrahl 2 hat einen einfachen runden Strahlquerschnitt mit vorzugsweise gau ß- förmiger Intensitätsverteilung über den Querschnitt. Ein solcher Strahl hat die Vorteile, dass eine einfache Optik zur Strahlformung genügt und dass der Strahl bei einem Fokusdurchmesser in einem bevorzugten Bereich zwischen 20 μιη und 500 μιη eine große Fokustiefe von etwa 1 mm aufweist. Dieser lange Fokusbereich führt zu einem robusten und unproblematischen Prozess. Auf ein aufwendiges und teures Autofokussystem kann somit im Laserstrahl 2 verzichtet werden. The laser beam 2 has a simple circular beam cross-section with preferably Gaussian-shaped intensity distribution over the cross section. Such a beam has the advantages that a simple optical system is sufficient for beam shaping and that the beam has a large focal depth of about 1 mm at a focus diameter in a preferred range between 20 μιη and 500 μιη. This long focus area results in a robust and unproblematic process. A complex and expensive autofocus system can thus be dispensed with in the laser beam 2.
Eine Scannereinheit 3 realisiert die Führung des Laserstrahles 2 über die Substratoberfläche 4. Die Scannereinheit 3 kann, wie in Fig. 1 gezeigt, verschiedene Scannerkomponenten 3a, 3b umfassen. Dabei ist in der Regel jede Scannerkomponente 3a, 3b für die Bewegung des Laserstrahles 2 in einer Raumrichtung verantwortlich. Es ist jedoch auch möglich, dass die Scannereinheit 3 nur einen Scanner zur Bewegung des Laserstrahles 2 in eine Raumrichtung aufweist. In diesem hier nicht dargestellten Fall sorgt eine hier nicht dargestellte Substrattransporteinrichtung für eine Relativbewegung zwischen Substrat 8 und Laserstrahl 2 in einer zweiten Raumrichtung. A scanner unit 3 realizes the guidance of the laser beam 2 over the substrate surface 4. The scanner unit 3 can, as shown in FIG. 1, comprise various scanner components 3a, 3b. As a rule, each scanner component 3a, 3b is responsible for the movement of the laser beam 2 in a spatial direction. However, it is also possible that the scanner unit 3 only has a scanner for moving the laser beam 2 in a spatial direction. In this case, not shown here, a substrate transport device, not shown here, ensures a relative movement between substrate 8 and laser beam 2 in a second spatial direction.
In der Darstellung in Fig. 1 ist die Scannerkomponente 3a ein Polygonscanner, der um seine Drehachse A drehbar ist und damit eine Laserstrahlbewegung in x-Richtung auf dem Substrat 8 bewirken kann. Als Scannerkomponente 3b ist ein Galvo-Scanner skiz- ziert. Dieser Scanner ist um eine Drehachse B in beide Richtungen C von seiner Ruhelage aus bewegbar und kann damit eine Laserstrahlbewegung in y-Richtung auf dem Substrat bewirken. In the representation in FIG. 1, the scanner component 3 a is a polygon scanner, which is rotatable about its axis of rotation A and can thus cause a laser beam movement in the x-direction on the substrate 8. As scanner component 3b, a galvo scanner is sketched. ed. This scanner is movable about its axis of rotation B in both directions C from its rest position and can thus cause a laser beam movement in the y-direction on the substrate.
Die Ansteuerung der Scannerkomponenten 3a, 3b führt zur Bewegung des Laserstrahles 2 auf einer definierten Bahn D über die Substratoberfläche 4. Die Bahn D kann so definiert sein, dass eine gleichmäßige Substratdotierung erfolgt, sie kann aber auch so definiert sein, dass eine lokal höhere Dotierung erreicht wird. Die Auswahl der Scannerkomponenten 3a, 3b erfolgt in Abhängigkeit von dem verwendeten Faserlaser 1 und von der gewünschten Bahn auf dem Substrat 8. Neben den genannten Scannertypen könnten auch Resonanzscanner oder andere Scanner zum Einsatz kommen. The control of the scanner components 3a, 3b leads to the movement of the laser beam 2 on a defined path D over the substrate surface 4. The path D can be defined so that a uniform substrate doping takes place, but it can also be defined so that a locally higher doping is reached. The selection of the scanner components 3a, 3b takes place depending on the fiber laser 1 used and on the desired path on the substrate 8. In addition to the scanner types mentioned, resonance scanners or other scanners could also be used.
Die Substratoberfläche 4 ist im Laserdotierprozess in Kontakt mit einer Dotierstoffquelle, welche im festen, flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand vorliegen kann. Die Dotierstoffe können aber auch in Form von Aerosolen vorliegen, und speziell im Zusammenhang mit der Laserdotierung können auch weitere spezielle Formen genutzt werden. So kann ein flüssiger Precursor unter dem Einfluss des Laserstrahles 2 in eine Dampfglocke überführt werden, aus welcher dann die Dotierung erfolgt. Als Dotanden können alle im Stand der Technik bekannten Verbindungen eingesetzt werden. Zur Dotierung von Silizium sind das Verbindungen von Elementen aus der zweiten, der dritten, der fünften oder der sechsten Hauptgruppe, häufig werden beispielsweise Verbindungen von Bor und Phosphor eingesetzt. Besonders bevorzugt für die Dotierung von Silizium sind die Phosphorsäure für eine n-Dotierung und die Borsäure für eine p-Dotierung. Die Dotanden können in einer im Stand der Technik bekannten Art und Weise, zum Beispiel flüssige Dotanden durch Aufsprühen, Aufwalzen oder Aufschleudern, aufgebracht werden. The substrate surface 4 is in the laser doping process in contact with a dopant source, which may be in the solid, liquid or gaseous state. However, the dopants may also be present in the form of aerosols, and especially in connection with laser doping, other special forms may also be used. Thus, a liquid precursor can be transferred under the influence of the laser beam 2 in a steam bell, from which then the doping takes place. As dopants, it is possible to use all compounds known in the prior art. For doping of silicon are the compounds of elements from the second, the third, the fifth or the sixth main group, often, for example, compounds of boron and phosphorus are used. Particularly preferred for the doping of silicon are the phosphoric acid for an n-doping and the boric acid for a p-doping. The dopants can be applied in a manner known in the art, for example liquid dopants by spraying, rolling or spin coating.
Zur Verarbeitung von flüssigen Dotanden kann eine Verdünnung mit einem organischen oder anorganischen Lösungsmittel günstig sein, besonders häufig wird als Lösungsmittel Wasser eingesetzt. Bei Verwendung von Phosphorsäure werden beispielsweise Konzentrationen zwischen 0,001 % und 85% verwendet. Besonders bei der Verwendung von gasförmigen Precursoren kommen auch inerte oder aktive Verdünnungs- oder Spülgase, wie beispielsweise Edelgase, Stickstoff, Wasserstoff oder Sauerstoff, zum Einsatz. Je nach verwendetem Dotierstoff kann es günstig sein, den Dotierstoff oder das Substrat 8 auf Temperaturen bis zu 200°C zu heizen. Dies kann aus verfahrenstechnischen Gründen oder auch wegen einer gewünschten Nebenwirkung wie einer Ätzaktivität erforderlich sein. For the processing of liquid dopants, dilution with an organic or inorganic solvent may be favorable; it is particularly common to use water as the solvent. For example, when using phosphoric acid, concentrations between 0.001% and 85% are used. In particular, when using gaseous precursors also inert or active diluent or purge gases, such as noble gases, nitrogen, hydrogen or oxygen are used. ever After the dopant used, it may be favorable to heat the dopant or the substrate 8 to temperatures up to 200 ° C. This may be necessary for procedural reasons or because of a desired side effect such as an etching activity.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserdotieranlage gezeigt. Dabei sind gleiche Elemente wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Im Verlauf des Laserstrahles 2 ist ein Strahlteiler 5 angeordnet, welcher den Laserstrahl 2 in mehrere Teilstrahlen 9 teilt. Der hier verwendete Faserlaser 1 ist ein sehr leistungsfähiger Laser, dessen Leistung auf mehrere Teilstrahlen 9 aufgeteilt werden kann, welche dann eine Multi-Beam-Anordnung bilden und durch eine zeitgleiche Bearbeitung verschiedener Substratgebiete eine schnellere Gesamtbearbeitung ermöglichen. Eine Multi-Beam-Anordnung kann auch durch einen zeitgleichen Einsatz mehrerer Laser ausgebildet werden. FIG. 2 shows a further embodiment of the laser doping system according to the invention. The same elements as in Fig. 1 are denoted by the same reference numerals. In the course of the laser beam 2, a beam splitter 5 is arranged, which divides the laser beam 2 into a plurality of partial beams 9. The fiber laser 1 used here is a very powerful laser whose power can be divided into a plurality of sub-beams 9, which then form a multi-beam arrangement and allow a simultaneous processing of different substrate areas faster overall processing. A multi-beam arrangement can also be formed by a simultaneous use of multiple lasers.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, die jedoch nicht dargestellt ist, weist die Multi-Beam-Anordnung einen Faserlaser 1 und ein diffraktives Element zur holografi- schen Strahlteilung auf. Mit einem solchen Strahlteiler ist eine Aufspaltung in 50 bis 400 Laserteilstrahlen 9 möglich. Ein derart aufgefächerter Strahl kann beispielsweise auf Solarzellen dazu benutzt werden, um eine selektive Emitterstruktur zu erzeugen. In a particularly preferred embodiment, which is not shown, however, the multi-beam arrangement comprises a fiber laser 1 and a diffractive element for holographic beam splitting. With such a beam splitter, splitting into 50 to 400 laser partial beams 9 is possible. Such a fanned beam can be used, for example, on solar cells to produce a selective emitter structure.
Ein selektiver Emitter besteht aus höher dotierten Gebieten der Substratoberfläche 4, auf welchen später Kontaktelektroden ausgebildet werden. Die selektive Emitterstruktur um- fasst, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, eine Vielzahl von dünnen Fingern 6 und einige senkrecht dazu angeordnete Hauptlinien 7, welche in Anlehnung an den englischen Begriff als „bus bars" bezeichnet werden. In einer günstigen Ausbildungsform der Laserdotieranlage wird der Laserstrahl 2 des Faserlasers 1 so aufgeteilt, dass die einzelnen Teilstrahlen 9 zum Schreiben der einzelnen Finger 6 der selektiven Emitterstruktur benutzt werden können. A selective emitter consists of higher doped regions of the substrate surface 4, on which later contact electrodes are formed. The selective emitter structure comprises, as schematically illustrated in Fig. 2, a multiplicity of thin fingers 6 and a few perpendicularly arranged main lines 7, which are referred to as "bus bars" in the English term the laser beam 2 of the fiber laser 1 is divided so that the individual partial beams 9 can be used to write the individual fingers 6 of the selective emitter structure.
Die Herstellung einer selektiven Emitterstruktur kann erfindungsgemäß in einer allgemeinen Dotieranlage, welche sowohl die Ausbildung einer flächigen Grunddotierung als auch einer lokalen selektiven Emitterdotierung vornimmt, erfolgen. Es können aber auch spezialisierte Anlagen gebaut werden, die entweder nur für die Ausbildung von flächigen Grunddotierungen oder nur für die Ausbildung von lokalen bzw. selektiven Dotierungen spezialisiert sind. Eine spezielle Anlage zur Herstellung einer selektiven Emitterstruktur könnte auch mit einem herkömmlichen Ofendotierprozess kombiniert werden. In diesem Falle könnte als Dotierstoffquelle auch eine hochdotierte Oberflächenschicht, wie beispielsweise der sogenannte„dead layer", verwendet werden, welcher nach einer Ofendotierung als unerwünschte Schicht vorhanden ist. According to the invention, the production of a selective emitter structure can be carried out in a general doping system, which performs both the formation of a planar basic doping and a local selective emitter doping. But it can also be built specialized equipment, either only for the training of areal Basic doping or specialized only for the training of local or selective doping. A special plant for producing a selective emitter structure could also be combined with a conventional furnace doping process. In this case, as a dopant source, a highly doped surface layer, such as the so-called "dead layer" may be used, which is present as an unwanted layer after a furnace doping.
Die selektiven Emitterstrukturen, die mit dem erfindungsgemäßen Laserdotierverfahren hergestellt wurden, zeichnen sich durch besonders günstige Eigenschaften aus. Die mit dem erfindungsgemäßen Laserdotierverfahren herstellbare höhere Dotiertiefe wurde bereits genannt. Eine weitere positive Kenngröße, die sich aus einem tiefen und homogen dotierten Emitter ergibt, ist eine bessere Barrierewirkung gegen die Diffusion von Kontaktmaterialien, wie z.B. Kupfer in das Substratmaterial. Eine weitere hervorzuhebende Eigenschaft der im erfindungsgemäßen Laserdotierverfahren hergestellten selektiven Emitterstruktur ist die scharfe laterale Abgrenzung der höher dotierten Gebiete gegenüber benachbarten Gebieten. Zudem erfahren benachbarte Gebiete durch die selektive Emitterdotierung keine Schädigungen. Mit dem erfindungsgemäßen Laserdotierverfahren können hohe Dotierstoffkonzentrationen von mehr als 1020 at/cm3 im Oberflächenbereich und niedrige Schichtwiderstände von <20 Ω/sq. realisiert werden. The selective emitter structures which have been produced by the laser doping method according to the invention are distinguished by particularly favorable properties. The higher doping depth producible with the laser doping method according to the invention has already been mentioned. Another positive characteristic, which results from a deep and homogeneously doped emitter, is a better barrier against the diffusion of contact materials, such as copper in the substrate material. A further feature to be emphasized of the selective emitter structure produced in the laser doping method according to the invention is the sharp lateral delineation of the more highly doped regions in relation to adjacent regions. In addition, neighboring areas are not damaged by selective emitter doping. With the laser doping method according to the invention, high dopant concentrations of more than 10 20 at / cm 3 in the surface region and low film resistances of <20 Ω / sq. will be realized.
Fig. 3 zeigt schematisch eine bevorzugte im Wesentlichen rechteckförmige Pulsform des erfindungsgemäßen Faserlasers. Der Faserlaserstrahl erreicht nach einer im Vergleich zur Pulslänge kurzen Anstiegszeit schnell seine hohe maximale Leistung. Dadurch wird eine schnelle Substraterwärmung erreicht. Die hohe Leistung wird dann für eine verhältnismäßig lange Zeit, die zwischen 80 ns und 10 με liegen kann, aufrechterhalten. Dabei weist der Laserpuls keine nennenswerten Leistungsspitzen, auch nicht zu Beginn des Laserpulses, auf. Durch den Energieeintrag innerhalb einer relativ langen Zeitperiode wird ein gutes Eindiffundieren der Dotanden und eine schonende Substratbearbeitung erreicht. Grundsätzlich ist es hierbei möglich, dass es zu einem zumindest partiellen Aufschmelzen der Substratoberfläche 4 kommen kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird jedoch die Substratoberfläche 4 durch den Faserlaser 1 nur soweit erwärmt, dass ihr fester Aggregatzustand erhalten bleibt. So können ungewünschte Aufschmelzungs- und Rekristallisationseffekte vermieden und dennoch sehr gute Dotierungsergebnisse erreicht werden. Fig. 4 zeigt ausschnittsweise eine mögliche Inline-Anlage, welche als Komponente eine erfindungsgemäße Laserdotieranlage in Form eines Laserdotiermoduls aufweist. Die Inline-Anlage weist weitere Komponenten, wie beispielsweise Schleusenkammern auf, die weiteren Komponenten sind jedoch nicht dargestellt. Die Laserdotieranlage 10 um- fasst die Prozesskammer 1 1 und Komponenten au ßerhalb der Prozesskammer 1 1 . Ein Faserlaser 1 erzeugt einen Laserstrahl 2, der durch ein Fenster 12 in die Prozesskammer 1 1 einstrahlt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Laserdotieranlage 10 nur einen Scanner, welcher konkret der Polygonscanner 3a ist, auf. Der Scanner kann den Laserstrahl 2 in einer Raumrichtung bewegen; zur Einstellung der Position der Laserbearbeitung auf der flächigen Substratoberfläche 4 in einer zweiten Raumrichtung wird das Substrat in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Substrattransporteinrichtung 15 bewegt. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen von Laserdotiermodulen werden diskontinuierliche Transporteinrichtungen und zweidimensionale Scannereinheiten verwendet. Die Laserdotieranlage umfasst ferner eine Medienversorgung 13, welche flüssige und gasförmige Medien kontrolliert bereitstellen kann, und eine Medienentsorgungseinheit 14, welche der Abführung von verbrauchten Flüssigkeiten, Gasen und Hilfsgasen dient. Fig. 3 shows schematically a preferred substantially rectangular pulse shape of the fiber laser according to the invention. The fiber laser beam quickly reaches its high maximum power after a short rise time compared to the pulse length. As a result, a rapid substrate heating is achieved. The high power is then maintained for a relatively long time, which may be between 80 ns and 10 με. In this case, the laser pulse has no appreciable power peaks, even at the beginning of the laser pulse on. By the energy input within a relatively long period of time, a good diffusion of the dopants and a gentle substrate processing is achieved. In principle, it is possible in this case for an at least partial melting of the substrate surface 4 to occur. In a preferred embodiment of the invention, however, the substrate surface 4 is heated by the fiber laser 1 only to the extent that their solid state of aggregation is maintained. Thus, unwanted melting and recrystallization effects can be avoided and still very good doping results can be achieved. Fig. 4 shows a detail of a possible inline system, which has a component according to the invention a Laserdotieranlage in the form of a Laserdotiermoduls. The inline system has other components, such as lock chambers, but the other components are not shown. The laser doping system 10 comprises the process chamber 11 and components outside the process chamber 11. A fiber laser 1 generates a laser beam 2 which radiates through a window 12 into the process chamber 1 1. In the illustrated embodiment, the Laserdotieranlage 10 only a scanner, which is specifically the polygon scanner 3a, on. The scanner can move the laser beam 2 in a spatial direction; For adjusting the position of the laser processing on the planar substrate surface 4 in a second spatial direction, the substrate is moved in the illustrated embodiment with the substrate transport device 15. In other non-illustrated embodiments of laser doping modules, discontinuous transport devices and two-dimensional scanner units are used. The laser doping system further comprises a media supply 13, which can provide controlled liquid and gaseous media, and a media disposal unit 14, which serves for the discharge of spent liquids, gases and auxiliary gases.
Fig. 5 stellt ergänzend zu den vorhergehenden Figuren schematisch dar, dass die Scannereinheit 3 den Laserstrahl 2 auf einem Weg E über mehrere Substrate 8 bewegen kann. In dem dargestellten Beispiel wird der Laserstrahl 2 in y-Richtung bewegt. Zur Steuerung des Laserweges in einer zweiten Raumrichtung x auf den Substraten 8 ist kein Bewegungsmittel dargestellt. Zur Bewegung kann der Strahl oder der Wafer bewegt werden oder es können sowohl der Wafer als auch der Strahl bewegt werden. FIG. 5 schematically illustrates, in addition to the preceding figures, that the scanner unit 3 can move the laser beam 2 on a path E over a plurality of substrates 8. In the illustrated example, the laser beam 2 is moved in the y direction. For controlling the laser path in a second spatial direction x on the substrates 8 no moving means is shown. For movement, the beam or wafer may be moved, or both the wafer and the beam may be moved.
Fig. 6 skizziert eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserdotieranlage und einen Verfahrensablauf zur Laserdotierung. Ein oder mehrere Substrate 8 werden in einem ersten Schritt durch ein Transportsystem 15, das beispielsweise ein Bandtransportsystem, ein Luftkissentransportsystem oder ein fahrendes Chuck-Transportsystem sein kann, in einer Transportrichtung T in die Anlage bewegt. In einem ersten Verfahrensschritt E erfolgt ein Auftrag eines Dotierstoffes, welcher beispielsweise eine Flüssigkeit sein kann, welche beispielsweise durch eine Sprüh- oder Walzentechnik auf die Substrate 8 aufgebracht wird. In einem nächsten Verfahrensschritt F erfolgt ein Weitertransport der Substrate 8 bis zu einem Positionserkennungssystem 17, wo die Substrate 8 von einem Chuck 16 aufgenommen werden, die genaue Substratposition erkannt wird und die Substrate 8 anschließend auf dem Chuck 16 mit einer hohen räumlichen Positionsgenauigkeit in den Scannbereich eines in den obigen Ausführungsbeispielen erläuterten Faserlasers transportiert werden. In einem nächsten Verfahrensschritt G erfolgt die Laserdotierung der Substrate8 mit dem hier schematisch dargestellten Laserstrahl 2 des Faserlasers, wobei durch die hohe Positioniergenauigkeit auch eine lokal definierte Dotierung der Substrate 8 möglich ist. In einem weiteren Verfahrensschritt H erfolgt ein Weitertransport der Substrate 8 unter ebenfalls hoher Positioniergenauigkeit bis unter eine Kontrolleinrichtung 18, wo das Ergebnis der Laserdotierung kontrolliert werden kann. Nach erfolgter Kontrolle erfolgt der Weitertransport der Substrate 8 mit einem normalen Transportsystem 15. In einem nächsten Verfahrensschritt K werden die Substrate 8, beispielsweise durch Aufbringen einer Spülflüssigkeit, gereinigt. FIG. 6 outlines another possible embodiment of a laser doping system according to the invention and a method sequence for laser doping. One or more substrates 8 are in a first step by a transport system 15, which may be, for example, a belt transport system, an air cushion transport system or a moving Chuck transport system, moved in a transport direction T in the system. In a first method step E, an application of a dopant, which may be, for example, a liquid, which is applied to the substrates 8, for example, by a spraying or rolling technique. In a next process step F further transport of the substrates 8 to a position detection system 17, where the substrates 8 are picked up by a chuck 16, the exact substrate position is detected and then the substrates 8 on the chuck 16 with a high spatial position accuracy in the scanning of a in the above Embodiments explained fiber laser to be transported. In a next method step G, the laser doping of the substrates 8 takes place with the laser beam 2 of the fiber laser schematically illustrated here, wherein the high positioning accuracy also allows a locally defined doping of the substrates 8. In a further method step H, a further transport of the substrates 8 takes place, likewise under high positioning accuracy, under a control device 18, where the result of the laser doping can be controlled. After checking, the further transport of the substrates 8 is carried out with a normal transport system 15. In a next method step K, the substrates 8 are cleaned, for example by applying a rinsing liquid.
Figur 7 zeigt schematisch eine mögliche Anwendungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Dotierung von Substraten 8. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das zu dotierende Substrat 8 sowohl auf der Substratoberfläche 4 als auch auf der Substratrückseite 24 eine Dotierschicht 19 bzw. 20 auf. In anderen Varianten der Erfindung kann auch nur auf der Substratoberfläche 4 oder nur auf der Substratrückseite 24 eine Dotierschicht 19 oder 20 vorgesehen sein. Das Substrat 8 wird während der Dotierung von einem Träger 22 gehalten oder auch durch den Träger 22 durch eine Dotieranlage transportiert. Der Träger 22 ist beispielsweise ein für die Halterung bzw. den Transport von Substraten 8 geeigneter Chuck oder Carrier. Der Träger 22 weist eine spiegelnde Oberfläche 23 auf, durch welche ein durch das Substrat 8 auf den Träger 22 auftreffender Laserstrahl 2 durch das Substrat 8 als reflektierter Laserstrahl 21 zurückreflektiert wird. Bei der Rückreflexion wird nicht nur die Substratoberfläche 4 sondern auch die Substratrückseite 24 thermisch aktiviert. Hierdurch kommt es zu einer Eindiffusion von Dotanten aus der Dotierschicht 19 und der Dotierschicht 20 in das Substrat 8. Es ist somit mit dem in Figur 7 gezeigten Verfahren möglich, das Substrat 8 sowohl vorder- als auch rückseitig zu dotieren. FIG. 7 schematically shows a possible application variant of the method according to the invention for doping substrates 8. In the exemplary embodiment shown, the substrate 8 to be doped has a doping layer 19 or 20 both on the substrate surface 4 and on the substrate rear side 24. In other variants of the invention, a doping layer 19 or 20 may also be provided only on the substrate surface 4 or only on the substrate rear side 24. The substrate 8 is held during the doping by a carrier 22 or also transported by the carrier 22 through a doping system. The carrier 22 is, for example, a chuck or carrier suitable for holding or transporting substrates 8. The carrier 22 has a reflecting surface 23 through which a laser beam 2 impinging on the carrier 22 through the substrate 8 is reflected back by the substrate 8 as a reflected laser beam 21. In the return reflection, not only the substrate surface 4 but also the substrate backside 24 is thermally activated. This results in a diffusion of dopants from the doping layer 19 and the doping layer 20 into the substrate 8. It is thus possible with the method shown in Figure 7 to dope the substrate 8 both front and back.
Wie bereits oben erwähnt, ist die Dotierschicht 20 auf der Substratrückseite 24 optional, das heißt, sie muss nicht vorgesehen werden. Das in Figur 7 gezeigte Verfahren eignet sich auch dafür, die Dotierung der Substratvorderseite des Substrates 8 zu verbessern, zu beschleunigen und/oder die Eindringtiefe der Dotanten in das Substrat 8 zu erhöhen. As already mentioned above, the doping layer 20 on the substrate back 24 is optional, that is, it does not have to be provided. The method shown in FIG. 7 is suitable also to accelerate the doping of the substrate front side of the substrate 8, and / or to increase the penetration depth of the dopants into the substrate 8.
Wie in dem Beispiel von Figur 7 gezeigt, kann zwischen der Dotierschicht 20 auf der Substratrückseite 24 und dem Träger 22 optional ein Luftspalt 25 vorgesehen sein. As shown in the example of FIG. 7, an air gap 25 may optionally be provided between the doping layer 20 on the substrate rear side 24 and the carrier 22.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Anlage zur Dotierung von Substraten (8) mit Laser, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage wenigstens einen Faserlaser (1 ) mit einem Laserstrahl (2) mit rundem Strahlquerschnitt (2) und eine Scannereinheit (3) aufweist, durch welche die Substratoberfläche (4) mit dem Laserstrahl (2) abrastbar ist, wobei das emittierte Licht des Faserlasers (1 ) eine Wellenlänge im Bereich von 750 nm bis 3000 nm aufweist. 1 . Plant for doping substrates (8) with a laser, characterized in that the installation has at least one fiber laser (1) with a laser beam (2) with a circular beam cross-section (2) and a scanner unit (3) through which the substrate surface (4) with the laser beam (2) can be latched, wherein the emitted light of the fiber laser (1) has a wavelength in the range of 750 nm to 3000 nm.
2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Faserlaser (1 ) ein Dauerstrich-Laser oder ein gepulster Laser mit Pulslängen im Bereich von 80 ns bis 10 με ist. 2. Plant according to claim 1, characterized in that the fiber laser (1) is a continuous wave laser or a pulsed laser with pulse lengths in the range of 80 ns to 10 με.
3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mehrere Faserlaser (1 ) und/oder wenigstens einen Strahlteiler (5) zur Erzeugung mehrerer Laserteilstrahlen (9) unter Ausbildung einer Multi-Beam-Anordnung aufweist. 3. Installation according to one of claims 1 or 2, characterized in that the system comprises a plurality of fiber laser (1) and / or at least one beam splitter (5) for generating a plurality of laser partial beams (9) to form a multi-beam arrangement.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Multi-Beam- Anordnung ein diffraktives Element zur holografischen Strahlteilung in 50 bis 200 Laserteilstrahlen (9) aufweist. 4. Plant according to claim 3, characterized in that the multi-beam arrangement has a diffractive element for holographic beam splitting in 50 to 200 laser partial beams (9).
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Scannereinheit (3) wenigstens einen Galvo-Scanner (3b), einen Polygonscanner (3a) und/oder einen Resonanzscanner aufweist. 5. Installation according to one of claims 1 to 4, characterized in that the scanner unit (3) has at least one galvo scanner (3b), a polygon scanner (3a) and / or a resonance scanner.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Scannereinheit (3) einen Scannbereich aufweist, der sich über wenigstens zwei Substrate (8) erstreckt. 6. Installation according to one of claims 1 to 5, characterized in that the scanner unit (3) has a scanning region which extends over at least two substrates (8).
7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage wenigstens eine Positioniereinrichtung für die Substrate (8) im Scannbereich des Lasers 1 und/oder wenigstens eine Kontrolleinrichtung für die Substrate (8) aufweist. 7. Installation according to one of claims 1 to 6, characterized in that the system comprises at least one positioning device for the substrates (8) in the scanning region of the laser 1 and / or at least one control device for the substrates (8).
8. Verfahren zur Dotierung von Substraten (8), bei welchem wenigstens ein Dotierstoff in Kontakt mit der Substratoberfläche (4) ist und eine lokale Erwärmung der Substratoberfläche (4) durch einen Laserstahl (2) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faserlaser (1 ) einen Laserstrahl (2) mit rundem Strahlquerschnitt erzeugt, welcher mit einer Scannereinheit (3) über die Substratoberfläche (4) geführt wird, wobei der Faserlaser (1 ) Licht mit einer Wellenlänge von 750 nm bis 3000 nm ausstrahlt. 8. A method for doping substrates (8), wherein at least one dopant in contact with the substrate surface (4) and a local heating of the substrate surface (4) by a laser steel (2), characterized in that a fiber laser (1 ) generates a laser beam (2) with a round beam cross section, which is guided with a scanner unit (3) over the substrate surface (4), wherein the fiber laser (1) emits light having a wavelength of 750 nm to 3000 nm.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserlaser (1 ) als Dauerstrich-Laser kontinuierlich oder als gepulster Laser mit Pulslängen im Bereich von 80 ns bis 10 με strahlt. 9. The method according to claim 8, characterized in that the fiber laser (1) radiates as continuous wave laser continuously or as a pulsed laser with pulse lengths in the range of 80 ns to 10 με.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsung des Faserlasers (1 ) in einem Zeit-Leistungs-Diagramm mit einer rechteckförmigen Pulsform ohne Leistungsspitzen ausgeführt wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that the pulsation of the fiber laser (1) is carried out in a time-power diagram with a rectangular pulse shape without power peaks.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdotierung unter der Schmelztemperatur des Substrates (8) erfolgt. 1 1. Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the laser doping takes place below the melting temperature of the substrate (8).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zu einer ganzflächigen Dotierung von Substraten (8) eingesetzt wird. 12. The method according to any one of claims 8 to 1 1, characterized in that the method is used for a full-surface doping of substrates (8).
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in lokal begrenzten Bereichen der Substratoberfläche (4) die Geschwindigkeit der Bewegung der Scannereinheit (3) verringert wird. 13. The method according to any one of claims 8 to 12, characterized in that in locally limited areas of the substrate surface (4), the speed of movement of the scanner unit (3) is reduced.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratoberfläche (4) lokal aufgeschmolzen wird. 14. The method according to any one of claims 8 to 10, 12 or 13, characterized in that the substrate surface (4) is locally melted.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Laser (1 ) gleichzeitig verschiedene räumliche Bereiche der Substratoberfläche (4) bestrahlen. 15. The method according to any one of claims 8 to 14, characterized in that a plurality of laser (1) at the same time irradiate different spatial areas of the substrate surface (4).
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Laserstrahl (2) mit einem Strahlteiler (5) in Laserteilstrahlen (9) zerlegt wird und die Laserteilstrahlen (9) gleichzeitig lokal definierte Strukturen erzeugen. 16. The method according to any one of claims 8 to 15, characterized in that at least one laser beam (2) with a beam splitter (5) in laser partial beams (9) is decomposed and the laser partial beams (9) simultaneously generate locally defined structures.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Scannereinheit (3) den Laserstrahl (2) in wenigstens einer Raumrichtung über wenigstens zwei Substrate (8) bewegt. 17. The method according to any one of claims 8 to 16, characterized in that the scanner unit (3) moves the laser beam (2) in at least one spatial direction over at least two substrates (8).
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (8) bei der Dotierung von einem Träger (22) gehalten oder transportiert wird, der eine den Laserstrahl (2) in Richtung des Substrates (8) rückreflektierende Oberfläche (23) aufweist. 18. The method according to any one of claims 8 to 17, characterized in that the substrate (8) during the doping of a carrier (22) is held or transported, the one the laser beam (2) in the direction of the substrate (8) reflecting surface (23).
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff in Form einer Dotierschicht (19) auf der Substratoberfläche (4) und einer Dotierschicht (20) auf der Substratrückseite (24) vorgesehen wird. 19. The method according to claim 18, characterized in that the dopant in the form of a doping layer (19) on the substrate surface (4) and a doping layer (20) on the substrate back side (24) is provided.
PCT/IB2010/055871 2009-12-17 2010-12-16 System and method for doping semiconductor materials WO2011073937A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010800640879A CN102763194A (en) 2009-12-17 2010-12-16 System and method for doping semiconductor materials

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009059193.1A DE102009059193B4 (en) 2009-12-17 2009-12-17 Process for doping semiconductor materials
DEDE102009059193.1 2009-12-17

Publications (3)

Publication Number Publication Date
WO2011073937A2 true WO2011073937A2 (en) 2011-06-23
WO2011073937A3 WO2011073937A3 (en) 2012-01-05
WO2011073937A9 WO2011073937A9 (en) 2012-10-11

Family

ID=44167778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2010/055871 WO2011073937A2 (en) 2009-12-17 2010-12-16 System and method for doping semiconductor materials

Country Status (5)

Country Link
KR (1) KR20120112586A (en)
CN (1) CN102763194A (en)
DE (1) DE102009059193B4 (en)
TW (1) TW201137952A (en)
WO (1) WO2011073937A2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011107605A1 (en) 2011-06-30 2013-01-03 Iai Industrial Systems B.V. Manufacture of monocrystalline or polycrystalline n-silicon-based solar cell involves applying boron-containing compound on silicon wafer, doping in presence of pulsed laser having specified wavelength, and forming boron-doped emitter
WO2014136237A1 (en) * 2013-03-07 2014-09-12 三菱電機株式会社 Laser annealing device, and method of producing semiconductor device
CN103219421B (en) * 2013-03-27 2015-05-13 中国科学院上海光学精密机械研究所 Method for manufacturing vertical multi-junction solar cell piece by laser
DE102016121462A1 (en) * 2016-11-09 2018-05-09 Aixtron Se Structured germ layer
CN111029648B (en) * 2019-12-26 2021-07-02 中国科学院过程工程研究所 Surface-doped all-solid-state electrolyte membrane, and preparation method and application thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070087488A1 (en) * 2005-10-18 2007-04-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
EP1783824A1 (en) * 2004-08-06 2007-05-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for forming p-type semiconductor region, and semiconductor element
US20070272555A1 (en) * 2006-05-24 2007-11-29 Baird Brian W Laser processing of workpieces containing low-k dielectric material

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4309225A (en) 1979-09-13 1982-01-05 Massachusetts Institute Of Technology Method of crystallizing amorphous material with a moving energy beam
DE10046170A1 (en) * 2000-09-19 2002-04-04 Fraunhofer Ges Forschung Method for producing a semiconductor-metal contact through a dielectric layer
AU2003274671A1 (en) * 2002-10-28 2004-05-13 Orbotech Ltd. Selectable area laser assisted processing of substrates
JP2005260040A (en) * 2004-02-12 2005-09-22 Sony Corp Doping method, method for manufacturing semiconductor device and electronic application device
DE102004036220B4 (en) * 2004-07-26 2009-04-02 Jürgen H. Werner Method for laser doping of solids with a line-focused laser beam
US7700463B2 (en) * 2005-09-02 2010-04-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device
WO2007148476A1 (en) * 2006-06-21 2007-12-27 Hightec Systems Corporation Semiconductor heat treatment method
DE102007035068A1 (en) 2007-07-26 2009-01-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method for manufacturing silicon solar cell with selective emitter, involves producing laminar emitter at emitter surface of solar cell substrate and applying corroding barrier on sub ranges of emitter surface
US20090120924A1 (en) 2007-11-08 2009-05-14 Stephen Moffatt Pulse train annealing method and apparatus
CN104882371B (en) 2008-01-07 2018-01-26 株式会社 Ihi Laser anneal method and device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1783824A1 (en) * 2004-08-06 2007-05-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for forming p-type semiconductor region, and semiconductor element
US20070087488A1 (en) * 2005-10-18 2007-04-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
US20070272555A1 (en) * 2006-05-24 2007-11-29 Baird Brian W Laser processing of workpieces containing low-k dielectric material

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011073937A3 (en) 2012-01-05
KR20120112586A (en) 2012-10-11
TW201137952A (en) 2011-11-01
DE102009059193B4 (en) 2024-02-15
WO2011073937A9 (en) 2012-10-11
CN102763194A (en) 2012-10-31
DE102009059193A1 (en) 2011-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102004036220B4 (en) Method for laser doping of solids with a line-focused laser beam
DE4229399C2 (en) Method and device for producing a functional structure of a semiconductor component
EP0710402B1 (en) Integrated laser structuring process for thin film solar cells
DE69928488T2 (en) Laser processing of a thin film
DE102009033417B4 (en) Process and installation for producing a coated article by means of tempering
DE102009059193B4 (en) Process for doping semiconductor materials
DE102011111998A1 (en) Process for structuring a surface
DE102007009924A1 (en) Continuous coating apparatus comprises vacuum chamber containing PVD unit for coating surface of substrate and laser crystallization system which illuminates section being coated
DE102011101585B4 (en) Process for the production of light-emitting diodes or photovoltaic elements
DE112009003752B4 (en) Method for producing a photovoltaic device
EP2513982B1 (en) Fabrication method for a thin-film component
DE102011103481B4 (en) Selective removal of thin layers by means of pulsed laser radiation for thin-film structuring
WO2005053037A1 (en) Method for reducing reflection on semiconductor surfaces
EP1927139B1 (en) Method for processing of solar cells having laser-written trench contacts
EP2101354A2 (en) Device and method for forming dividing lines of a photovoltaic module with monolithically series connected cells
DE102009018653B4 (en) Method for the production of semiconductor devices using doping techniques
WO2014023798A2 (en) Method for ablating a layer
DE10326505A1 (en) Process for removing material in the structuring of a thin layer semiconductor component used for photovoltaic cells comprises directing laser beam having selected pulse duration and wavelength on the layer side of the component
DE112010004503T5 (en) METHOD AND DEVICE FOR REMOVING THIN FINISHES FROM ONE SUBSTRATE
WO2013092259A2 (en) Optical diffuser and method for producing an optical diffuser
EP2643858B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
DE102010054858B4 (en) Method and device for producing a reflection-reducing coating
WO2018060181A1 (en) Method and device for machining a semiconductor component having at least one semiconductor layer
WO2024104550A1 (en) Method for separating a first substrate layer, device for carrying out such separating, and substrate comprising a first substrate layer
WO2010097064A2 (en) Laser crystallisation by irradiation

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080064087.9

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10812806

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 5688/DELNP/2012

Country of ref document: IN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20127018691

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10812806

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2