WO2014023798A2 - Verfahren zur ablation einer schicht - Google Patents

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WO2014023798A2
WO2014023798A2 PCT/EP2013/066623 EP2013066623W WO2014023798A2 WO 2014023798 A2 WO2014023798 A2 WO 2014023798A2 EP 2013066623 W EP2013066623 W EP 2013066623W WO 2014023798 A2 WO2014023798 A2 WO 2014023798A2
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laser
radiation
light source
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substrate
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WO2014023798A3 (de
WO2014023798A9 (de
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Jan Nekarda
Andreas Brand
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Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/36—Removing material
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    • B23K2103/166—Multilayered materials
    • B23K2103/172—Multilayered materials wherein at least one of the layers is non-metallic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Definitions

  • the invention relates to a method for ablating at least one layer of a substrate, wherein the laser radiation is applied at least a first laser onto at least a part ⁇ area of the surface of the layer, wherein the first laser pulsed laser radiation generated with a pulse duration of less than about 50 ns , Methods of the type mentioned can be used for structuring of semiconductor devices.
  • the photovoltaic cell essentially consists of a pn diode, in which the space charge zone extends to just below the surface.
  • Rear contacts can be tapped.
  • Structuring can be produced by etching the surface in potassium hydroxide or hydrofluoric acid.
  • a further increase in the efficiency can be achieved by dielectric layers which serve as the reflection-preventing layer
  • At least one contact covers a partial area of the front side in some cell types, so that
  • the dielectric coating Since the dielectric coating is electrically non-conductive, it must first be removed from the surface in the areas provided for receiving the contact. The removal of the dielectric coating should if possible be such that the crystallinity and the electrical properties of the remaining material are largely left in their original state. In particular, the recombination rate or the lifetime of non-equilibrium charge carriers and the charge carrier mobility should be maintained or impaired as little as possible. Weight charge carriers, the lifetime of Brockmaschine- is essentially determined by the density of deep levels, which can serve as recombination centers for minority carriers ⁇ . Such deep impurities can on the one hand in case of contamination of the remaining material with components of the removed Layer arise or by disturbances of the crystal structure. Such lattice defects in the crystal structure can by
  • the dielectric layer is removed by wet or dry ⁇ chemical etching, after the remaining
  • the invention is therefore based on the object to provide a simple and fast Kunststoff ⁇ leading method for removing a layer on a substrate.
  • the substrate may be a semiconductor substrate, for example an elementary substrate. semiconductor, germanium, a III-V compound semiconductor or an II-VI compound semiconductor.
  • the substrate may include or consist of silicon, gallium arsenide, gallium nitride, copper indium gallium diselenide or germanium.
  • the substrate may contain dopants at least in some spatial regions in order to set a predeterminable electrical conductivity and / or a predefinable lattice constant.
  • the substrate may contain conventional impurities, for example hydrogen, oxygen, carbon or metals.
  • Substrate may be a semiconductor device or a
  • the layer may contain or consist of a metal or a dielectric and be formed, for example, as an antireflection coating, as an electrical conductor, as a passivation layer or as an electrical connection contact.
  • the layer can be silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon carbide, aluminum oxide, titanium dioxide, amorphous silicon, gold, silver, copper, titanium or
  • the layer can be arranged directly on the substrate or can indirectly adhere to the substrate surface with the aid of one or more intermediate layers.
  • the layer may be implemented as a multilayer system and may include multiple, thin layers.
  • the layer may be mounted over the entire surface of the substrate and be removed or ablated at certain, specifiable partial surfaces by the proposed method.
  • the laser radiation used to remove the layer may be selectively in the layer to be removed or in an underlying layer or in an overlying layer Layer are absorbed so that the energy input selectively takes place in this layer, without unduly impairing the underlying substrate.
  • the laser radiation provided to remove the layer is pulsed, for example with a pulse duration of less than about 50 ns, less than about 10 ns, less than about 5 ns, less than about 1 ns, less than about 0.1 ns, less than about 50 ps, less than about 20 ps, less than about 10 ps, less than about 50 ps, less than about 1 ps, less than about 500 fs, less than about 100 fs, or less than about 1 fs.
  • the laser radiation provided to remove the layer may have a pulse duration greater than about 0.1 fs, greater than about 1 fs, greater than about 3 fs, greater than about 10 fs, or greater than about 100 fs.
  • the material of the layer can evaporate under the action of the laser radiation or be removed by the pressure wave caused by the laser radiation in larger clusters or particles.
  • the material of the layer may be exposed to laser radiation in
  • a predeterminable partial area can be irradiated with one or more laser pulses.
  • the number can be defined by the repetition rate, the pulse trains and the feed ⁇ speed.
  • the laser radiation used to remove the layer may have a wavelength of about 200 nm to about 330 nm.
  • the laser radiation used to remove the layer may have a wavelength of about 330 nm to about 400 nm.
  • the laser radiation used to remove the layer may have a wavelength of about 400 nm to about 750 nm.
  • the laser radiation used to remove the layer may have a wavelength of about 750 nm to about 1100 nm.
  • the laser radiation used to remove the layer may have a wavelength of about 1100 nm to about 5000 nm. This is the mean wavelength since the first Light source due to the shortness of the pulse duration will have a broadband wavelength distribution. Said wavelength may be adapted to the absorption behavior of the material of the first layer and / or the material of the substrate or the material of a
  • the annealing can be manifested by the fact that the crystal quality in the irradiated areas is improved, the number of defect states is reduced or the number, mobility or average life of
  • Charge carriers is increased or energy levels are returned to the original state.
  • the substrate is heated to a predeterminable temperature, for example, by the action of infrared ⁇ radiation from an infrared light source or a hot plate.
  • a predeterminable temperature for example, by the action of infrared ⁇ radiation from an infrared light source or a hot plate.
  • Description also refers to a heat source of long-wave infrared radiation as the second light source. This can lead to the conditioning of the surface of the substrate, so that the complex refractive index for the incoming
  • a dopant in the substrate can diffuse faster or adhering
  • Adsorbates can be thermally desorbed. As a result, the size and / or depth of amorphous regions can be reduced and / or the defect density of crystalline material can be reduced become.
  • the heating to a predeterminable temperature for a predeterminable time can take place after the action of the laser radiation and / or before and / or at the same time. The heating can take place over the entire surface or only in the irradiated or to be irradiated partial surfaces.
  • a continuous wave laser and / or an incoherent light source and / or a fast pulse train of ultrashort light pulses or quasi-continuous wave radiation are used as the second light source, with which the partial area irradiated by the first laser supplies energy.
  • Light source is at least partially absorbed by the substrate or a near-surface layer of the substrate.
  • the substrate can recrystallize, remain in the crystalline form, diffuse a dopant in the substrate or adsorbate adhering adsorbates.
  • the radiation of the continuous wave laser can be timed after the radiation of the first laser already
  • the radiation of the continuous wave laser can impinge simultaneously with the first laser and / or be directed in time before the first laser and / or in time after the first laser to the envisaged for the irradiation face.
  • the continuous wave laser can with the impingement of the radiation of the first laser
  • a second light source may be used which generates pulsed laser radiation having a pulse duration of greater than about 1 ns or greater than about 10 ns.
  • the pulsed Laserstrah ⁇ development of the second light source can be timed according to the
  • Light source temporally before the light pulses of the first laser impinge on the already irradiated partial surface.
  • the surface Under the pulsed laser radiation of the second light source, the surface can melt and / or recrystallize.
  • delaminated regions in which the layer is unintentionally detached from the substrate can be reconnectively bonded under the action of the laser radiation of the second light source, so that a connection of the layer to the underlying layer
  • the pulsed Laserstrah ⁇ development of the second light source may cause adhering adsorbates are desorbed by thermal or photo-induced desorption or diffuse dopants or that Verun ⁇ purifications in the substrate and taking other locations within the structure of the substrate.
  • electromagnetic radiation from the second light source arrives before or at the same time, the surface is in the radiation equilibrium, i. another
  • Radiation is capable of making electronic stimuli in the solid, so they are in an equilibrium state, i. E. There are just as many electrons per unit of time from the ground state to an excited one
  • the first light source may have a beam spot size of from about 1 ym to about 100 ym, or from about 15 ym to about 50 ym, or from about 100 ym to about 500 ym. If a strip or lattice-shaped front side contact of a photoelectric cell is to be generated on the substrate, the width of the beam spot of the light source can directly define the width of the partial area to be liberated by the layer, so that the desired partial areas of the coating can be achieved by simply laterally displacing the beam spot be freed. As a result, the process can be carried out efficiently and with high throughput.
  • the first light source may have a pulse duration of from about 10 fs to about 10 ns, or from about 100 fs to about 100 ps. This ensures a sufficiently high energy density and a sufficiently large spectral width of the light pulses to enable an efficient ablation of the layer.
  • the second light source may have a wavelength of from about 200 nm to about 400 nm, or from about 1100 nm to about 3000 nm, or from about 200 nm to about 1500 nm. If the second light source is pulsed, this is also a medium wavelength since the radiation has a spectral width which is inversely proportional to the pulse duration. Light of this wavelength is from the above-mentioned
  • the second light source may have a wavelength of about 1.5 ym to about 50 ym. Light or heat radiation of this wavelength can be particularly efficiently used for heating the substrate, so that the surface on ⁇ melts and / or a different refractive index and a different absorption behavior can be generated for the laser pulses of the first laser at least partially due to the increased temperature. Said wavelength range may in some embodiments be generated by an incoherent light source or in contact with the substrate
  • the second light source may have a beam spot size of about 15 ym to about 100 ym. In some embodiments of the invention, the second light source may have a beam spot size of about 100 ym to about 500 ym. This allows the selective processing of the partial surfaces irradiated by the first light source, so that extensive recrystallization or thermal damage to the remaining substrate is avoided. Since the energy input does not occur in the entire substrate, the speed of execution of the method can be increased.
  • the second light source may have a pulse duration of from about 10 ns to about 20 ys, or from about 1 ys to about 10 ys, or from about 100 ns to about 1 ys.
  • the pulse duration of the second light source is thus longer than the pulse duration of the first light source.
  • the duration of exposure may be longer than the timing of typical diffusion processes, such that the surface is reconstructed in thermal equilibrium with the injected radiation.
  • the first laser may have a pulse duration of less than 1 ns, and as the second light source a laser having a pulse duration of more than 1 ns may be used.
  • the first laser and / or the laser used as the second light source may emit pulse trains, i. a plurality or a series of laser pulses. In some embodiments of the invention, the first laser and / or as the second light source
  • the used lasers emit laser pulses, which have a substructure locally and / or temporally within their pulse duration.
  • the pulses may locally have a flat-top profile and / or be generated as double pulses.
  • the first laser and / or the laser used as the second light source may be combined in one device, i. the same laser emits pulse trains with the characteristics of the first laser and temporally coordinated pulse trains with the properties of the second light source.
  • the beam spot of the first light source may be scanned over at least a partial area of the surface of the layer, wherein the talking before ⁇ boost in about 90% to about 100% of the beam spot size ⁇ ent.
  • the resulting during rasterization track is composed of individual points, each point corresponding to the point of incidence of one or more pulses of the laser radiation of the first laser ⁇ .
  • the number of impinging pulses may, in some embodiments, be the same
  • Invention be between 1 and about 5000.
  • the number of impinging pulses may, in some embodiments, be the same
  • the beam spot of the second light source may be scanned over at least a portion of the surface of the layer, wherein the
  • Feed in about 40% to about 60% or in about 1% to about 60% corresponds to the beam spot size. This leads to a partial surface being irradiated several times, so that on the one hand a smooth edge of the irradiated partial surface is formed and on the other hand due to the longer
  • Radiation of the second light source delayed in time after the radiation of the first light source hit the surface has the effect that the excitation of the substrate or of the layer caused by the first light source has completely decayed and the substrate or the irradiated partial area of the substrate is again in equilibrium with the surroundings.
  • the material ⁇ properties of the substrate such as refractive index ⁇ , temperature, Fermi level or the carrier density is thus not influenced by the intensity, duration or wavelength of the laser pulses of the first laser. In some embodiments of the invention, this may be the case when the radiation of the second light source strikes the surface by more than 1 ns or more than 100 ns or more than 1 ys delayed after the radiation of the first light source.
  • Arrival of the radiation of the first laser causes, wherein the substrate or the irradiated partial surface of the
  • Substrates is in balance with the environment.
  • the Material properties of the substrate such as refractive index, temperature, Fermi level or carrier density, is thus by the intensity, duration and / or
  • Wavelength of the radiation of the second light source influences, but changes in time immediately before
  • Arrival of the light of the first laser no longer may be the case when the radiation of the first laser strikes the surface by more than 1 ns or more than 100 ns or more than a 1 ys delayed after the radiation of the second laser.
  • Beam spot of the second light source follow the beam spot of the first light source in a predeterminable temporal or spatial distance.
  • the predetermined distance may be greater than 2 ym or greater than 200 ym or greater than 1 mm such that the beam spots do not overlap.
  • the beam spot of the second laser then follows in its trace, without a complicated laser beam
  • Adjustment of the second laser or position control of the beam spot is required.
  • the process can be carried out easier, more reliable or faster.
  • the beam spot of the second light source may be larger than the beam spot of the first laser.
  • the edge areas of the beam spot of the first laser can be reliably detected by the radiation of the second light source, and an improved quality of the substrate or of the layer in these areas can be ensured.
  • the first light source and the second light source may be mounted on a common mount. This ensures that the relative position of both beam spots remains unchanged during the performance of the method.
  • Impact of the beam spot of the second light source can be controlled with a control device to a predetermined target value. This allows the independent guiding of the first and the second light source, so that the method can be carried out with the greatest possible flexibility.
  • attitude control of the beam spot in some embodiments of the invention, an optical microscope
  • attitude control systems can be used alternatively or cumulatively, which have a
  • the radiation of the second light source may impact the surface at the same time as the radiation of the first laser.
  • the radiation of the first light source is incident only on the surface when the surface is related to the Strah ⁇ development of the second light source is in equilibrium, that is for example at least 1 ns or at least 100 ns or at least 1 ys after switching on the second light source ,
  • a faster process control can be ensured if the restructuring of the surface caused by the second light source takes place simultaneously with the removal of the layer by the radiation of the first laser.
  • the first light source and the second light source may be identical.
  • an ultrashort pulse laser may additionally have a background of longer pulses or a time constant
  • the surface may have a roughness of about 1 ym to about 5 ym.
  • Figure 1 is a schematic representation of the surface of a known photovoltaic cell.
  • Figure 2 shows the effect of irradiation with pulsed
  • FIG. 3 shows the application of a self-organizing electrical contact.
  • FIG. 4 shows the irradiation according to the invention
  • FIG. 5 shows the result after the method step according to FIG. 4.
  • FIG. 6 shows the irradiation according to the invention with a second light source.
  • FIG. 7 shows the result obtained after the method step of FIG.
  • FIG. 8 shows a device for carrying out the
  • FIG. 9 shows a light micrograph of
  • FIG. 10 shows an electron micrograph of a
  • FIG. 11 shows the section of FIG. 10 according to FIG.
  • FIG. 6 explained method step.
  • FIG. 12 shows an electron micrograph of a
  • FIG. 13 shows the section of FIG. 12 after in FIG
  • FIG. 6 explained method step.
  • FIG. 14 shows the change in the service life of the minority charge carriers before the method is carried out, after the first method step and after the second method step.
  • the figures show a section through a substrate 10, which has a structuring 101 on at least one surface.
  • the structuring 101 can be produced, for example, by etching, for example in potassium hydroxide solution or by machining, for example micro-milling or micro-grinding.
  • the pitch of the peaks to the valleys may be between about 1 ym and about 5 ym in some embodiments of the invention.
  • the structuring 101 may be regular or irregular, ie random. In some embodiments of the invention, the structuring 101 may also be omitted, ie the surface is then chemically polished or smooth.
  • the substrate 10 may in some embodiments of the
  • FIGS. 1 to 3 show, by way of example, the side provided for the entry of light into a front-side contacted photovoltaic cell, which is subsequently referenced as the upper side. The opposite
  • Electron-hole pairs are formed in the emitter layer 12 which is formed by a dopant on the surface of the substrate 10 is diffused lighting ⁇ at the top.
  • the emitter layer 12 may protrude about 20 nm to about 300 ym deep into the substrate 10.
  • a layer 13 is arranged on the upper side of the substrate ⁇ 10 which may be formed as an interference filter, and which
  • the layer 13 may contain silicon nitride or silicon oxide or silicon oxynitride.
  • the layer 13 may have a thickness of about 50 nm to about 100 nm. Accordingly, the forms
  • the layer 13 Since the layer 13 consists of a dielectric and thus an insulating material, it must be removed in those partial areas 105 in which the electrical contact 15 is to be arranged. This can be done by Bestrah ⁇ lung with pulsed laser radiation 210 from a first laser, so that the layer 13 irradiated in the
  • Regions in fragments 130 which can be subsequently removed from the surface of the substrate 10 or flake off.
  • the partial surface 105 can subsequently be provided with a nucleation layer 14, which contains, for example, nickel, so that the electrical contact 15 can be galvanically grown on the partial surfaces 105.
  • FIGS. 4 to 7 show a substrate 10 which has a structuring 101
  • laser radiation 210 of a first laser impinges on a partial surface 105 in the surface of the substrate 10.
  • the laser beam 210 has a pulse ⁇ period of less than about 30 ps, and a mean wave ⁇ length of about 355 nm.
  • the diameter of the beam spot on the substrate 10 may be about 35 ym.
  • the energy density of the laser radiation ⁇ 210 may be greater than 10 mJ / cm 2,
  • the emitter layer 12 may at least partially have an amorphous structure and / or in which the dopant of the emitter layer 12 has left the substrate 10 and / or into which components of the layer ⁇ 13 are diffused.
  • FIG. 5 shows the cross section through the substrate 10 after the irradiation by the laser radiation 210.
  • the listed damages can be seen in a surface layer 120, which adjoins the surface of the substrate 10. In these areas, the deteriorated quality of the
  • Substrate 10 lead to a reduction in performance of the device. Furthermore, it is shown schematically in FIG. 5 that residues 135 of the layer 13 adhere to the surface. These residues 135 may hinder the electrodeposition of the contact 15 and / or the quality of the
  • the laser radiation 220 has a longer pulse duration, which may be 25 ns or 1 ys, for example.
  • the number of impinging pulses may be between 1 and about 5,000 in some embodiments of the invention.
  • the laser radiation 220 may be generated with a continuous wave laser.
  • the longer exposure time of the radiation 220 compared to the laser radiation 210 results in the fragments 135 being desorbed from the surface by thermal and / or photon-stimulated desorption.
  • the surface of the substrate 10 in the surface layer 120 re ⁇ crystallize and / or dopants of the emitter layer 12 can diffuse to lattice sites and thus in electronically effective positions.
  • Effects of the laser radiation 210 have already subsided, i. the electrons of the substrate 10 excited by the laser radiation 210 are again in the ground state and the lattice vibrations excited by the laser radiation 210 have decayed. This can for example after a
  • Period of more than 1 ns or more than 10 ns or more than 1 ys be done.
  • FIG. 7 shows the surface of the substrate 10 after carrying out the second method step, which was explained in FIG.
  • the emitter ⁇ layer 12 is at least partially restored and the surface is freed in the part surface 105 of adhering residues 135 of the layer 13.
  • the improved crystal quality in the region 120 may be manifested by a longer lifetime of the minority charge carriers and / or an increased charge carrier mobility.
  • the laser radiation 210 can also impinge simultaneously with the radiation 220, so that the radiation 220 can be used for setting a desired reflection behavior or absorption behavior of the substrate 10 or for instantaneous healing of the defects induced by the radiation 210.
  • FIG. 8 shows an embodiment of a device for carrying out the method according to the invention.
  • Figure 8 shows a first laser 21 for generating the pulsed laser radiation 210. This can be on a
  • Mount 25 may be mounted, which allows the exact adjustment of the laser 21 and optionally allows the pivotability or displaceability of the laser 21.
  • the mount 25 may carry the second light source 22a, which generates the radiation 220.
  • the light source 22a may also be a laser which generates the laser pulses already described in more detail with a pulse duration of more than about 10 ns.
  • the light source 22a can be a continuous wave laser or emit non-coherent radiation which temporarily heats the partial surface 105 of the substrate 10 and thus allows recrystallization and / or desorption of adhering adsorbates.
  • the light source 22a may be adjusted on the mount 25 relative to the first laser 21, such that upon movement of the laser beam 210 across the surface of the substrate 10, the laser beam 220 follows in the track of the laser beam 210.
  • the light source 22a can be moved independently of the light source 21 and guided for example via a control device 28 in the track of the laser beam 210 become.
  • the control device 28 can measure a photocurrent or a fluorescence signal and thereby detect whether the laser beam 220 impinges on the dielectric or metallic coating 13 or the semiconductive surface in the partial surface 105.
  • a long-wavelength light source 22a alternatively or cumulatively to the light source 22a, a long-wavelength
  • Infrared source 22b may be present, for example a
  • predetermined temperature can be brought, which may influence the refractive index and / or the recrystallization of the surface and / or the desorption of adhering particles or adsorbates by thermal excitation of the electrons in the substrate 10.
  • the substrate 10 and / or the infrared source 22b may be mounted on a movable holder so as to allow relative movement between the substrate 10 and the laser beams 210 and / or 220.
  • the mount 25 may also be immobile.
  • FIG. 9 shows an optical micrograph of the top surface of a substrate 10.
  • ⁇ are recognizable part surfaces 105, onto which the laser beam 210 impinges.
  • the layer 13 is at least incompletely removed, so that the underlying substrate 10th
  • the beam profile of the laser radiation 210 is approximately Gaussian, the intensity decreases towards the edge. This results in a lower intensity impinging in the edge regions 106 which causes the coating 13 to delaminate, i. the adhesion to the surface of the substrate 10 is lost.
  • the intensity decreases towards the edge. This results in a lower intensity impinging in the edge regions 106 which causes the coating 13 to delaminate, i. the adhesion to the surface of the substrate 10 is lost.
  • Boundary surface at least partially amorphous or too quickly solidified with too many defects or defect states.
  • the laser radiation 220 may repair the delaminated regions 106 between the layer 13 and the substrate 10.
  • FIG. 9 furthermore shows that the laser radiation 210 of the first laser 21 is moved at a feed over the surface of the substrate which corresponds approximately to 90 to approximately 100% of the beam diameter. This creates
  • the laser radiation can be moved 220 of the second light source to overlap over the surface, so that individual part ⁇ surfaces 105 and 106 multiply can interact with the laser radiation 220th
  • Figures 10 and 11 show a first embodiment of a substrate according to the invention after performing the first method step and after performing the second method step according to the present invention.
  • the substrate contains silicon, which is provided in an etching ⁇ method with a statistically oriented surface topography. On the surface is one
  • Layer 13 is applied, which contains silicon nitride. As can be seen in FIG. 10, the layer 13 can be divided into partial surfaces 105 are removed by the action of the laser radiation 210. At the same time, however, the laser radiation 210 results in incomplete removal of the layer 13, so that individual points of incidence are not released from the layer 13 in a coherent manner. Partial surfaces of the layer 13 may already be delaminated, but still insufficiently adhere to the surface. Furthermore, it can be seen that on the
  • FIG. 11 shows the surface after the action of the laser radiation 220 of the second light source.
  • the laser radiation 220 leads to a substantial removal of the layer 13 from the partial surfaces 105 and to a recrystallization of
  • the ribs which significantly increase the defect density in the irradiated partial surfaces 105, are considerably reduced in FIG.
  • FIG. 14 shows the same section of a substrate 10 in the left-hand part of the image.
  • the uppermost representation corresponds to the untreated substrate, as shown in FIG.
  • the layer 13 was removed in partial areas 31 and 32 of the substrate with laser radiation 210 in some partial areas 105, as explained with reference to FIGS. 2 and 4.
  • Subregions of the substrate 10 are entered as rectangles 31 and 32 in the figure.
  • the area 32 has been processed with laser radiation 220, as described with reference to FIG.
  • the area 31 is located as
  • the left-hand image part of FIG. 14 shows the average life of the minority charge carriers in the substrate 10 encoded in gray scales on a scale of 50 to 130 ys.
  • the untreated substrate shows a mean lifetime of the minority charge carriers of 120 ys.
  • the medium life duration of the charge carriers ⁇ drops to about 53 ys. This is in

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ablation zumindest einer Schicht (13) von einem Substrat (10), bei welchem Laserstrahlung (210) von zumindest einem ersten Laser (21) auf zumindest eine Teilfläche (105) der Oberfläche der Schicht (13) einwirkt, wobei der erste Laser (21) gepulste Laserstrahlung (210) mit einer Pulsdauer von weniger als etwa 50 ns erzeugt und zumindest eine zweite Lichtquelle (22) verwendet wird, welche gepulste Laserstrahlung (220) mit einer Pulsdauer von mehr als etwa 1 ns erzeugt oder einen Dauerstrichlaser enthält oder unkohärente Strahlung abgibt, wobei das Licht (210) des ersten Lasers (21) zu einem Zeitpunkt auftrifft, zu dem sich zumindest die Teilfläche (105) der Oberfläche im thermischen Gleichgewicht mit der Umgebung befindet.

Description

Verfahren zur Ablation einer Schicht
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ablation zumindest einer Schicht von einem Substrat, bei welchem Laserstrahlung von zumindest einem ersten Laser auf zumindest eine Teil¬ fläche der Oberfläche der Schicht einwirkt, wobei der erste Laser gepulste Laserstrahlung mit einer Pulsdauer von weniger als etwa 50 ns erzeugt. Verfahren der eingangs genannten Art können zur Strukturierung von Halbleiterbauelementen verwendet werden.
Aus der Praxis ist bekannt, photovoltaische Zellen zur
Wandlung von optischer Energie in elektrische Energie einzu¬ setzen. Die photovoltaische Zelle besteht im Wesentlichen aus einer pn-Diode, bei welcher sich die Raumladungszone bis dicht unter die Oberfläche erstreckt. Eintreffendes
Sonnenlicht führt so zur Bildung von Elektron-Loch-Paaren, welche als elektrischer Strom über Vorder- und
Rückseitenkontakte abgegriffen werden können.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrades, d.h. zur Erhöhung der
Stromausbeute aus einer vorgebbaren Fläche, ist weiterhin bekannt, die zum Lichteintritt vorgesehene Oberfläche mit einer Strukturierung zu versehen. Durch diese Strukturierung bzw. Textur kommt es zu Mehrfachreflexionen eintreffender Strahlung, so dass ein größerer Anteil der Strahlung
absorbiert wird. In einigen Ausführungsformen kann die
Strukturierung durch Ätzen der Oberfläche in Kaliumhydroxid oder Flusssäure erzeugt werden. Eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades kann durch dielektrische Schichten erzielt werden, welche als reflexionsverhindernde Schicht die
Reflexionseigenschaften verschlechtern und damit eine verstärkte Absorption eintreffender Strahlung bewirken.
Um den elektrischen Strom von der der photoelektrischen Zelle abzuführen, sind elektrisch leitende Kontakte
erforderlich. Zumindest ein Kontakt bedeckt bei einigen Zelltypen eine Teilfläche der Vorderseite, so dass
verbleibende Oberflächenbereiche zur Absorption der
eintreffenden Strahlung zur Verfügung stehen. Um einen niedrigen Übergangswiderstand zwischen dem Halbleiter und dem Vorderseitenkontakt und eine gute mechanische Haftung zu ermöglichen, ist eine mikroskopisch möglichst vollflächige Kontaktierung der Oberfläche in den Teilflächen der Kontakte erwünscht .
Da die dielektrische Beschichtung elektrisch nicht leitend ist, muss diese vorher in den für die Aufnahme des Kontaktes vorgesehenen Teilflächen von der Oberfläche entfernt werden. Die Entfernung der dielektrischen Beschichtung soll nach Möglichkeit so erfolgen, dass die Kristallinität und die elektrischen Eigenschaften des zurückbleibenden Materials weitgehend im Ursprungszustand belassen werden. Insbesondere soll die Rekombinationsgeschwindigkeit bzw. die Lebensdauer von Nichtgleichgewichtsladungsträgern und die Ladungsträgerbeweglichkeit erhalten bleiben oder möglichst wenig beeinträchtigt sein. Die Lebensdauer von Nichtgleich- gewichtsladungsträgern wird wesentlich durch die Dichte an tiefen Störstellen bestimmt, welche als Rekombinations¬ zentren für Minoritätsladungsträger dienen können. Solche tiefen Störstellen können einerseits bei Kontamination des verbleibenden Materials mit Bestandteilen der entfernten Schicht entstehen oder durch Störungen des Kristallgefüges . Solche Gitterfehler im Kristallgefüge können durch
mechanische oder thermische Schockwellen bei der
Lasermaterialbearbeitung oder durch energiereiche Elektronen entstehen, welche durch kurzwellige Laserstrahlung angeregt werden können. Bei schweren Schädigungen kann der pn-Kontakt so weit geschädigt werden, dass ein Kurzschluss über die photovoltaische Zelle entsteht.
Bei bekannten Fertigungsverfahren wird entweder die dielektrische Schicht mit den Pulsen eines Kurzzeitlasers
ablatiert, was ein schnelles und kostengünstiges Verfahren darstellt. Dabei wird jedoch die Kristallqualität des verbleibenden Halbleitermaterials stark geschädigt, so dass die photovoltaische Zelle eine verringerte Leistungs¬ fähigkeit aufweist. Insbesondere kurzwellige Laserstrahlung erzeugt hohe Defektdichten. Nach anderen bekannten Verfahren wird die dielektrische Schicht durch nass- oder trocken¬ chemisches Ätzen entfernt, nachdem die verbleibende
Halbleiteroberfläche mit einer strukturierten Maske
geschützt wurde. Diese Verfahren vermögen zwar bessere
Ergebnisse bereitzustellen, verursacht jedoch einen großen Fertigungsaufwand und dadurch bedingt hohe Kosten.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein einfach und rasch durchzu¬ führendes Verfahren zur Entfernung einer Schicht auf einem Substrat anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens befinden sich in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zur Ablation zumindest einer Schicht von einem Substrat Laserstrahlung einzusetzen. Das Substrat kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein Halbleitersubstrat sein, beispielsweise ein Element- halbleiter, Germanium, ein III-V-Verbindungshalbleiter oder ein II-VI-Verbindungshalbleiter . In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Substrat Silicium, Gallium- arsenid, Galliumnitrid, Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid oder Germanium enthalten oder daraus bestehen. Das Substrat kann zumindest in einigen Raumbereichen Dotierstoffe enthalten, um eine vorgebbare elektrische Leitfähigkeit und/oder eine vorgebbare Gitterkonstante einzustellen. Weiterhin kann das Substrat übliche Verunreinigungen enthalten, beispielsweise Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff oder Metalle. Das
Substrat kann ein Halbleiterbauelement sein oder eine
Mehrzahl von Halbleiterbauelementen in Form eines
integrierten Schaltkreises aufnehmen.
Die Schicht kann ein Metall oder ein Dielektrikum enthalten oder daraus bestehen und beispielsweise als Antireflexions- schicht, als elektrische Leiterbahn, als Passivierungs- schicht oder als elektrischer Anschlusskontakt ausgebildet sein. Hierzu kann die Schicht in einigen Ausführungsformen der Erfindung Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Silicium- oxinitrid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Titandioxid amorphes Silicium, Gold, Silber, Kupfer, Titan oder
Aluminium oder deren Legierungen enthalten oder daraus bestehen. Die Schicht kann unmittelbar auf dem Substrat angeordnet sein oder mit Hilfe einer oder mehrerer Zwischenschichten mittelbar auf der Substratoberfläche haften. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Schicht als Mehrlagenschichtsystem ausgeführt sein und mehrere, dünne Schichten enthalten. In einigen Ausführungsformen der
Erfindung kann die Schicht vollflächig auf dem Substrat angebracht sein und an bestimmten, vorgebbaren Teilflächen durch das vorgeschlagene Verfahren entfernt bzw. ablatiert werden .
Die zur Entfernung der Schicht verwendete Laserstrahlung kann selektiv in der zu entfernenden Schicht oder in einer darunter liegenden Schicht oder in einer darüber liegenden Schicht absorbiert werden, so dass der Energieeintrag selektiv in dieser Schicht erfolgt, ohne das darunter liegende Substrat übermäßig zu beeinträchtigen. Die zur Entfernung der Schicht vorgesehene Laserstrahlung ist gepulst, beispielsweise mit einer Pulsdauer von weniger als etwa 50 ns, weniger als etwa 10 ns, weniger als etwa 5 ns, weniger als etwa 1 ns, weniger als etwa 0,1 ns, weniger als etwa 50 ps, weniger als etwa 20 ps, weniger als etwa 10 ps, weniger als etwa 50 ps, weniger als etwa 1 ps, weniger als etwa 500 fs, weniger als etwa 100 fs, oder weniger als etwa 1 fs . Die zur Entfernung der Schicht vorgesehene Laserstrahlung kann beispielsweise eine Pulsdauer von mehr als etwa 0,1 fs, mehr als etwa 1 fs, mehr als etwa 3 fs, mehr als etwa 10 fs oder mehr als etwa 100 fs aufweisen. Das Material der Schicht kann unter der Einwirkung der Laserstrahlung verdampfen oder durch die von der Laserstrahlung verursachte Druckwelle in größeren Clustern bzw. Partikeln abgetragen werden. In einigen Ausführungsformen kann das Material der Schicht unter Einwirkung der Laserstrahlung in
makroskopischen Partikeln abplatzen. Zur Entfernung der Schicht kann eine vorgebbare Teilfläche mit einem oder mehreren Laserpulsen bestrahlt werden. Die Anzahl kann durch die Repetitionsrate, die Pulszüge und die Vorschub¬ geschwindigkeit definiert werden.
Die zur Entfernung der Schicht verwendete Laserstrahlung kann eine Wellenlänge von etwa 200 nm bis etwa 330 nm aufweisen. Die zur Entfernung der Schicht verwendete Laserstrahlung kann eine Wellenlänge von etwa 330 nm bis etwa 400 nm aufweisen. Die zur Entfernung der Schicht verwendete Laserstrahlung kann eine Wellenlänge von etwa 400 nm bis etwa 750 nm aufweisen. Die zur Entfernung der Schicht verwendete Laserstrahlung kann eine Wellenlänge von etwa 750 nm bis etwa 1100 nm aufweisen. Die zur Entfernung der Schicht verwendete Laserstrahlung kann eine Wellenlänge von etwa 1100 nm bis etwa 5000 nm aufweisen. Bei dieser Angabe handelt es sich um die mittlere Wellenlänge, da die erste Lichtquelle aufgrund der Kürze der Pulsdauer eine breitbandige Wellenlängenverteilung aufweisen wird. Die genannte Wellenlänge kann an das Absorptionsverhalten des Materials der ersten Schicht angepasst sein und/oder des Materials des Substrates oder des Materials einer
Zwischenschicht zwischen der Schicht und dem Substrat. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Licht der ersten Lichtquelle an der gewünschten Stelle wechselwirkt, um die Ablation oder Destabilisation der Schicht zu bewirken.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die durch die Einwirkung der Laserstrahlung des ersten Lasers auf das
Substrat entstandene Schädigung des Substrates durch
Strahlung einer zweiten Lichtquelle zumindest teilweise auszuheilen und/oder deren Entstehung zu verhindern. Die Ausheilung kann sich dadurch bemerkbar machen, dass die Kristallqualität in den bestrahlten Bereichen verbessert ist, die Anzahl von Defektzuständen verringert ist oder die Anzahl, Beweglichkeit oder mittlere Lebensdauer von
Ladungsträgern erhöht ist oder Energieniveaus wieder in den Ursprungszustand versetzt werden.
Dies kann in einer Ausführungsform der Erfindung dadurch geschehen, dass das Substrat auf eine vorgebbare Temperatur erwärmt wird, beispielweise durch Einwirkung von Infrarot¬ strahlung von einer Infrarotlichtquelle oder einer Heizplatte. Insoweit wird für die Zwecke der vorliegenden
Beschreibung auch eine Wärmequelle langwelliger Infrarotstrahlung als zweite Lichtquelle bezeichnet. Dies kann zur Konditionierung der Oberfläche des Substrates führen, so dass der komplexe Brechungsindex für die eintreffende
Laserstrahlung modifiziert ist, die Atome in einer
günstigeren Anordnung rekristallisieren, ein Dotierstoff im Substrat schneller diffundieren kann oder anhaftende
Adsorbate thermisch desorbiert werden können. Hierdurch kann die Größe und/oder Tiefe amorpher Bereiche reduziert werden und/oder die Defektdichte kristallinen Materials verringert werden. Das Erwärmen auf eine vorgebbare Temperatur für eine vorgebbare Zeit kann nach der Einwirkung der Laserstrahlung erfolgen und/oder vorher und/oder zeitgleich. Die Erwärmung kann vollflächig erfolgen oder nur in den bestrahlten bzw. zu bestrahlenden Teilflächen.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden als zweite Lichtquelle ein Dauerstrichlaser und/oder eine unkohärente Lichtquelle und/oder eine schnelle Pulsfolge ultrakurzer Lichtpulse bzw. Quasi-Dauerstrichstrahlung verwendet, mit welche der vom ersten Laser bestrahlten Teilfläche Energie zuführen. Die Strahlung der zweiten
Lichtquelle wird zumindest teilweise vom Substrat bzw. einer oberflächennahen Schicht des Substrates absorbiert. Durch diesen Energieeintrag kann das Substrat rekristallisieren, in der kristallinen Form verbleiben, ein Dotierstoff im Substrat diffundieren oder anhaftende Adsorbate desorbiert werden. Die Strahlung des Dauerstrichlasers kann zeitlich nach der Strahlung des ersten Lasers auf die bereits
bestrahlte Teilfläche auftreffen. In anderen Ausführungs¬ formen der Erfindung kann die Strahlung des Dauerstrichlasers gleichzeitig mit dem ersten Laser auftreffen und/oder zeitlich vor dem ersten Laser und/oder zeitlich nach dem ersten Laser auf die zur Bestrahlung vorgesehene Teilfläche gerichtet werden. In diesem Fall kann der Dauerstrichlaser mit dem Auftreffen der Strahlung des ersten Lasers
abgeschaltet werden oder die Strahlung des Dauerstrichlasers kann über die Pulsdauer des ersten Lasers hinaus
persistieren .
In wiederum einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann eine zweite Lichtquelle verwendet werden, welche gepulste Laserstrahlung mit einer Pulsdauer von mehr als etwa 1 ns oder mehr als etwa 10 ns erzeugt. Die gepulste Laserstrah¬ lung der zweiten Lichtquelle kann zeitlich nach den
Lichtpulsen des ersten Lasers auf die bereits bestrahlte Teilfläche auftreffen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die gepulste Laserstrahlung der zweiten
Lichtquelle zeitlich vor den Lichtpulsen des ersten Lasers auf die bereits bestrahlte Teilfläche auftreffen. Unter der gepulsten Laserstrahlung der zweiten Lichtquelle kann die Oberfläche aufschmelzen und/oder rekristallisieren. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können delaminierte Bereiche, in welchen die Schicht ungewollt vom Substrat gelöst ist, unter Einwirkung der Laserstrahlung der zweiten Lichtquelle wieder festhaftend verbunden werden, so dass eine Verbindung der Schicht mit dem darunter liegenden
Substrat besteht. Schließlich kann die gepulste Laserstrah¬ lung der zweiten Lichtquelle dazu führen, dass anhaftende Adsorbate durch thermische oder photoninduzierte Desorption desorbiert werden oder dass Dotierstoffe bzw. Verun¬ reinigungen im Substrat diffundieren und andere Stellen innerhalb des Gefüges des Substrates einnehmen.
Allen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gemeinsam, dass das Licht des ersten Lasers zu einem Zeitpunkt auf die Oberfläche auftrifft, zu dem sich zumindest die zu bestrahlende Teilfläche der Oberfläche im thermischen
Gleichgewicht mit der Umgebung befindet. Sofern
elektromagnetische Strahlung aus der zweiten Lichtquelle vorher oder zeitgleich eintrifft, befindet sich die Oberfläche im Strahlungsgleichgewicht, d.h. ein weiterer
Temperaturanstieg ist nicht mehr gegeben. Sofern die
Strahlung dazu geeignet ist, elektronische Anregungen im Festkörper vorzunehmen, so befinden sich diese in einem Gleichgewichtszustand, d.h. es werden pro Zeiteinheit ebenso viele Elektronen vom Grundzustand in einen angeregten
Zustand überführt wie aus dem angeregten Zustand wieder in den Grundzustand übergehen. Darin unterscheidet sich das vorgeschlagene Verfahren von bekannten Materialbearbeitungs¬ verfahren mit Laserstrahlung, bei welchen der zweite
Lichtpuls zu einem Zeitpunkt auftrifft, zu welchem die
Wechselwirkung des Festkörpers mit dem ersten Lichtpuls noch nicht abgeschlossen ist bzw. der Festkörper noch nicht in einem Gleichgewichtszustand ist.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die erste Lichtquelle eine Strahlfleckgröße von etwa 1 ym bis etwa 100 ym oder von etwa 15 ym bis etwa 50 ym oder von etwa 100 ym bis etwa 500 ym aufweisen aufweisen. Sofern ein streifen- oder gitterförmiger Vorderseitenkontakt einer photoelektrischen Zelle auf dem Substrat erzeugt werden soll, kann die Breite des Strahlfleckes der Lichtquelle unmittelbar die Breite der von der Schicht zu befreienden Teilfläche definieren, so dass durch einfaches laterales Verschieben des Strahlfleckes die gewünschten Teilflächen von der Beschichtung befreit werden. Hierdurch kann das Verfahren rationell und mit großem Durchsatz durchgeführt werden .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die erste Lichtquelle eine Pulsdauer von etwa 10 fs bis etwa 10 ns oder von etwa 100 fs bis etwa 100 ps aufweisen. Dies gewährleistet eine hinreichend große Energiedichte und eine hinreichend große spektrale Breite der Lichtpulse, um eine effiziente Ablation der Schicht zu ermöglichen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die zweite Lichtquelle eine Wellenlänge von etwa 200 nm bis etwa 400 nm oder von etwa 1100 nm bis etwa 3000 nm oder von etwa 200 nm bis etwa 1500 nm aufweisen. Sofern die zweite Lichtquelle gepulst ist, handelt es sich auch in diesem Fall um eine mittlere Wellenlänge, da die Strahlung eine der Pulsdauer umgekehrt proportionale spektrale Breite aufweist. Licht dieser Wellenlänge wird von den eingangs genannten
Substraten hinreichend stark absorbiert, um eine rasche Rekristallisation und/oder Desorption anhaftender Adsorbate und/oder Umkehrung von Delaminationen zu ermöglichen.
Hierdurch kann die Anwendung des Verfahrens vereinfacht sein und/oder schneller durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die zweite Lichtquelle eine Wellenlänge von etwa 1,5 ym bis etwa 50 ym aufweisen. Licht bzw. Wärmestrahlung dieser Wellenlänge kann besonders effizient zur Erwärmung des Substrates eingesetzt werden, so dass die Oberfläche zumindest partiell auf¬ schmilzt und/oder aufgrund der erhöhten Temperatur ein anderer Brechungsindex bzw. ein anderes Absorptionsverhalten für die Laserpulse des ersten Lasers erzeugt werden kann. Der genannte Wellenlängenbereich kann in einigen Ausführungsformen durch eine unkohärente Lichtquelle erzeugt werden oder eine im Kontakt mit dem Substrat stehende
Heizeinrichtung .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die zweite Lichtquelle eine Strahlfleckgröße von etwa 15 ym bis etwa 100 ym aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die zweite Lichtquelle eine Strahlfleckgröße von etwa 100 ym bis etwa 500 ym aufweisen. Dies erlaubt die selektive Bearbeitung der von der ersten Lichtquelle bestrahlten Teilflächen, so dass eine umfangreiche Rekristallisation oder thermische Schädigung des verbleibenden Substrates vermieden wird. Da der Energieeintrag nicht in das gesamte Substrat erfolgt, kann die Ausführungsgeschwindigkeit des Verfahrens erhöht sein.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die zweite Lichtquelle eine Pulsdauer von etwa 10 ns bis etwa 20 ys oder von etwa 1 ys bis etwa 10 ys oder von etwa 100 ns bis etwa 1 ys aufweisen. Die Pulsdauer der zweiten Lichtquelle ist somit länger als die Pulsdauer der ersten Lichtquelle. Hierdurch werden nichtlineare optische Effekte unterdrückt und die Oberfläche kann aufgrund der längeren Einwirkdauer anders rekristallisieren. Insbesondere kann die Einwirkdauer länger sein als der Zeitablauf typischer Diffusionsprozesse, so dass die Oberfläche in einem thermischen Gleichgewicht mit der eingekoppelten Strahlung rekonstruiert. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der erste Laser Pulsdauer von weniger als 1 ns aufweisen und als zweite Lichtquelle ein Laser mit einer Pulsdauer von mehr als 1 ns verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der erste Laser und/oder der als zweite Lichtquelle verwendete Laser Pulszüge aussenden, d.h. eine Mehrzahl bzw. eine Reihe von Laserpulsen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der erste Laser und/oder der als zweite Lichtquelle
verwendete Laser Laserpulse aussenden, welche örtlich und/oder zeitlich innerhalb ihrer Pulsdauer eine Substruktur aufweisen. Beispielsweise können die Pulse örtlich ein Flat- Top-Profil aufweisen und/oder als Doppelpulse erzeugt werden .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der erste Laser und/oder der als zweite Lichtquelle verwendete Laser in einem Gerät vereint sein, d.h. derselbe Laser sendet Pulszüge mit den Eigenschaften des ersten Lasers aus und dazu zeitlich koordiniert Pulszüge mit den Eigenschaften der zweiten Lichtquelle.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Strahlfleck der ersten Lichtquelle zumindest über eine Teilfläche der Oberfläche der Schicht gerastert werden, wobei der Vor¬ schub in etwa 90 % bis etwa 100 % der Strahlfleckgröße ent¬ spricht. Dies bedeutet, dass die beim Rastern entstehende Spur aus einzelnen Punkten zusammengesetzt ist, wobei jeder Punkt den Auftreffort eines oder mehrerer Pulse der Laser¬ strahlung des ersten Lasers entspricht. Die Anzahl auf- treffender Pulse kann in einigen Ausführungsformen der
Erfindung zwischen 1 und etwa 5000 betragen. Die Anzahl auftreffender Pulse kann in einigen Ausführungsformen der
Erfindung zwischen 1000000 und etwa 100000000 betragen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Strahlfleck der zweiten Lichtquelle zumindest über eine Teilfläche der Oberfläche der Schicht gerastert werden, wobei der
Vorschub in etwa 40 % bis etwa 60 % oder in etwa 1 % bis etwa 60 % der Strahlfleckgröße entspricht. Dies führt dazu, dass eine Teilfläche mehrfach bestrahlt wird, so dass sich einerseits ein glatter Rand der bestrahlten Teilfläche ausbildet und andererseits aufgrund der längeren
Einwirkdauer eine längere Zeit zur Verfügung steht, in welcher die Oberfläche rekristallisieren kann.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die
Strahlung der zweiten Lichtquelle zeitlich verzögert nach der Strahlung der ersten Lichtquelle auf die Oberfläche treffen. Dieses Merkmal hat die Wirkung, dass die von der ersten Lichtquelle bewirkte Anregung des Substrates bzw. der Schicht vollständig abgeklungen ist und sich das Substrat bzw. die bestrahlte Teilfläche des Substrates wieder im Gleichgewicht mit der Umgebung befindet. Die Material¬ eigenschaften des Substrates wie beispielsweise Brechungs¬ index, Temperatur, Ferminiveau oder Ladungsträgerdichte ist somit nicht durch die Intensität, Dauer oder Wellenlänge der Laserpulse des ersten Lasers beeinflusst. In einigen Aus¬ führungsformen der Erfindung kann dies der Fall sein, wenn die Strahlung der zweiten Lichtquelle um mehr als 1 ns oder mehr als 100 ns oder mehr als eine 1 ys verzögert nach der Strahlung der ersten Lichtquelle auf die Oberfläche trifft.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die
Strahlung der zweiten Lichtquelle zeitlich vor der Strahlung der ersten Lichtquelle auf die Oberfläche treffen. Dieses Merkmal hat die Wirkung, dass die von der zweiten
Lichtquelle bewirkte Anregung des Substrates bzw. der
Schicht eine Konditionierung der Oberfläche für das
Eintreffen der Strahlung des ersten Lasers bewirkt, wobei sich das Substrat bzw. die bestrahlte Teilfläche des
Substrates im Gleichgewicht mit der Umgebung befindet. Die Materialeigenschaften des Substrates, wie beispielsweise Brechungsindex, Temperatur, Ferminiveau oder Ladungsträgerdichte, ist somit durch die Intensität, Dauer und/oder
Wellenlänge der Strahlung der zweiten Lichtquelle beein- flusst, ändern sich aber zeitlich unmittelbar vor dem
Eintreffen des Lichtes des ersten Lasers nicht mehr. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann dies der Fall sein, wenn die Strahlung des ersten Lasers um mehr als 1 ns oder mehr als 100 ns oder mehr als eine 1 ys verzögert nach der Strahlung des zweiten Lasers auf die Oberfläche trifft.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der
Strahlfleck der zweiten Lichtquelle dem Strahlfleck der ersten Lichtquelle in einem vorgebbaren zeitlichen oder räumlichen Abstand folgen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der vorgebbare Abstand größer als 2 ym oder größer als 200 ym oder größer als 1 mm sein, so dass die Strahlflecken nicht überlappen. Auf diese Weise können beide Lichtquellen simultan über die Oberfläche des Substrates bewegt werden, wobei eine aufwändige Justage der beiden Lichtquellen nur einmal zu Beginn des Verfahrens
erforderlich ist. Beim Rastern des ersten Lasers über die Oberfläche des Substrates folgt der Strahlfleck des zweiten Lasers dann in dessen Spur, ohne dass eine aufwändige
Justierung des zweiten Lasers oder eine Lageregelung des Strahlfleckes erforderlich ist. Das Verfahren kann dadurch einfacher, zuverlässiger oder schneller durchgeführt werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Strahlfleck der zweiten Lichtquelle größer sein als der Strahlfleck des ersten Lasers. Dies führt dazu, dass auch die Randbereiche des Strahlfleckes des ersten Lasers sicher von der Strahlung der zweiten Lichtquelle erfasst werden und eine verbesserte Qualität des Substrates oder der Schicht in diesen Bereichen sichergestellt werden kann. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle auf einer gemeinsamen Montierung befestigt sein. Dies stellt sicher, dass die relative Lage beider Strahlflecken während der Durchführung des Verfahrens unverändert bleibt.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der
Auftreffort des Strahlfleckes der zweiten Lichtquelle mit einer Regeleinrichtung auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt werden. Dies erlaubt das unabhängige Führen der ersten und der zweiten Lichtquelle, so dass das Verfahren mit größtmöglicher Flexibilität durchgeführt werden kann. Zur Lageregelung des Strahlfleckes kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein optisches Mikroskop
eingesetzt werden, welches die Lage der vom ersten Laser bestrahlten Teilflächen erfasst. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können alternativ oder kumulativ Lageregelungssysteme eingesetzt werden, welche einen
Photostrom oder ein Fluoreszenzsignal erfassen und auf diese Weise erkennen, ob der Auftreffort des Strahlfleckes der zweiten Lichtquelle auf der Schicht oder auf der bereits bestrahlten Teilfläche des Substrates liegt.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Strahlung der zweiten Lichtquelle zeitgleich mit der Strahlung des ersten Lasers auf die Oberfläche auftreffen. In diesem Fall trifft die Strahlung der ersten Lichtquelle erst dann auf die Oberfläche auf, wenn die Oberfläche mit der Strah¬ lung der zweiten Lichtquelle im Gleichgewicht steht, also beispielsweise mindestens 1 ns oder mindestens 100 ns oder mindestens 1 ys nach dem Einschalten der zweiten Lichtquelle. In diesem Fall kann vorteilhaft eine schnellere Verfahrensführung gewährleistet werden, wenn die durch die zweite Lichtquelle bewirkte Restrukturierung der Oberfläche zeitgleich mit dem Entfernen der Schicht durch die Strahlung des ersten Lasers erfolgt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle identisch sein.
Beispielsweise kann ein Ultrakurzpulslaser zusätzlich einen Untergrund aus längeren Pulsen oder zeitlich konstante
Lichtemission aufweisen, so dass mit nur einem Gerät die Strahlung der ersten und der zweiten Lichtquelle im Sinne der vorliegenden Beschreibung erzeugt werden kann. Hierdurch kann der apparative Aufwand verringert werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Oberfläche eine Rauheit von etwa 1 ym bis etwa 5 ym aufweisen. Völlig überraschend wurde erkannt, dass die Ablation der Schicht auch dann zuverlässig möglich ist, wenn die Ober¬ fläche des Substrates eine Rauheit aufweist, obwohl in diesem Fall unterschiedliche Kristallorientierungen und/oder ein unterschiedliches Reflexionsverhalten für die eintreffenden Laserpulse vorhanden ist. Damit kann das
vorgeschlagene Verfahren völlig überraschend auch in der Fertigung von texturierten photovoltaischen Zellen
eingesetzt werden, welche zur Verringerung von Reflexions¬ verlusten eine Strukturierung bzw. eine Rauheit aufweisen.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne
Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Hierbei zeigt:
Figur 1 die schematische Darstellung der Oberfläche einer an sich bekannten photovoltaischen Zelle.
Figur 2 zeigt die Auswirkung der Bestrahlung mit gepulster
LaserStrahlung .
Figur 3 zeigt das Aufbringen eines selbstorganisierenden elektrischen Kontaktes.
Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße Bestrahlung der
Oberfläche mit einem ersten Laser. Figur 5 zeigt das Ergebnis nach dem Verfahrensschritt gemäß Figur 4.
Figur 6 zeigt die erfindungsgemäße Bestrahlung mit einer zweiten Lichtquelle.
Figur 7 zeigt das nach dem Verfahrensschritt der Figur 6 erhaltene Ergebnis.
Figur 8 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des
vorgeschlagenen Verfahrens.
Figur 9 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme von
bestrahlten Teilflächen gemäß der Erfindung.
Figur 10 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines
Substrates gemäß einer ersten Ausführungsform nach dem in Figur 4 erläuterten Verfahrensschritt.
Figur 11 zeigt den Ausschnitt der Figur 10 nach dem in
Figur 6 erläuterten Verfahrensschritt.
Figur 12 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines
Substrates gemäß einer zweiten Ausführungsform nach dem in Figur 4 erläuterten Verfahrensschritt.
Figur 13 zeigt den Ausschnitt der Figur 12 nach dem in
Figur 6 erläuterten Verfahrensschritt.
Figur 14 zeigt die Änderung der Lebensdauer der Minoritätsladungsträger vor Durchführung des Verfahrens, nach dem ersten Verfahrensschritt und nach dem zweiten Verfahrensschritt.
Anhand der Figuren 1 bis 3 wird die Herstellung eines
Vorderseitenkontaktes einer photoelektrischen Zelle
erläutert . Die Figuren zeigen einen Schnitt durch ein Substrat 10, welches auf zumindest einer Oberfläche eine Strukturierung 101 aufweist. Die Strukturierung 101 kann beispielsweise durch Ätzen erzeugt werden, beispielsweise in Kalilauge oder durch spanende Bearbeitung, beispielsweise Mikrofräsen oder Mikroschleifen . Der Abstand der Spitzen zu den Tälern kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung zwischen etwa 1 ym und etwa 5 ym betragen. Die Strukturierung 101 kann regelmäßig oder unregelmäßig, d.h. statistisch, geformt sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Strukturierung 101 auch entfallen, d.h. die Oberfläche ist dann chemisch poliert bzw. glatt.
Das Substrat 10 kann in einigen Ausführungsformen der
Erfindung ein Siliciumeinkristall sein. Das Substrat kann Dotierstoffe enthalten, um eine gewünschte Leitfähigkeit zu erhalten. Die Figuren 1 bis 3 zeigen beispielhaft die zum Lichteintritt in eine vorderseitenkontaktierte photo- voltaische Zelle vorgesehene Seite, welche nachfolgend als Oberseite referenziert wird. Die gegenüberliegende
Unterseite kann vollflächig mit einem elektrischen Kontakt versehen sein, um den entstehenden elektrischen Strom abzuführen. Auf der Oberseite der Solarzelle müssen
ebenfalls elektrische Kontakte angeordnet sein, um den entstehenden Strom abzuführen. Diese können jedoch nur Teilflächen der Oberseite einnehmen, damit ein Teil der Oberseite weiterhin zum Lichteintritt zur Verfügung steht. Bei Beleuchtung der Oberseite entstehen Elektron-Loch-Paare in der Emitterschicht 12, welche dadurch gebildet ist, dass ein Dotierstoff über die Oberfläche des Substrates 10 ein¬ diffundiert. Die Emitterschicht 12 kann etwa 20 nm bis etwa 300 ym tief in das Substrat 10 hineinragen.
Um die Stromausbeute weiter zu erhöhen, ist auf der Ober¬ seite des Substrates 10 eine Schicht 13 angeordnet, welche als Interferenzfilter ausgebildet sein kann und welche
Reflexionen eintreffender Sonnenstrahlung vermindert und/oder die Oberfläche passiviert. Hierzu kann die Schicht 13 Siliciumnitrid oder Siliciumoxid oder Siliciumoxinitrid enthalten. Die Schicht 13 kann eine Dicke von etwa 50 nm bis etwa 100 nm aufweisen. Dementsprechend bildet sich die
Strukturierung 101 der Oberseite des Substrates 10 auch auf der Oberfläche der Schicht 13 ab.
Da die Schicht 13 aus einem dielektrischen und damit einem isolierenden Material besteht, muss diese in denjenigen Teilflächen 105 entfernt werden, in welchen der elektrische Kontakt 15 angeordnet werden soll. Dies kann durch Bestrah¬ lung mit gepulster Laserstrahlung 210 aus einem ersten Laser erfolgen, so dass die Schicht 13 in den bestrahlten
Bereichen in Fragmente 130 zerfällt, welche nachfolgend von der Oberfläche des Substrates 10 entfernt werden können bzw. abplatzen .
Die Teilfläche 105 kann nachfolgend mit einer Nukleations- schicht 14 versehen werden, welche beispielsweise Nickel enthält, so dass der elektrische Kontakt 15 galvanisch auf die Teilflächen 105 aufgewachsen werden kann.
Dieses anhand der Figuren 1 bis 3 erläuterte, an sich bekannte Verfahren weist den Nachteil auf, dass die Laser¬ strahlung 210 auch zur Beschädigung der Emitterschicht 12 und/oder zur Beschädigung des Substrates 10 führen kann. Beispielsweise kann das Substrat 10 in den Teilflächen 105 zumindest teilweise amorph werden, Bestandteile der Schicht 13 können das Substrat 10 in der Teilfläche 105 verun¬ reinigen und/oder durch thermomechanischen Druck können Versetzungen im Kristallmaterial des Substrates 10 erzeugt werden. Hierdurch kann die Lebensdauer von Nichtgleich- gewichtsladungsträgern bzw. Minoritätsladungsträgern stark sinken, so dass die Stromausbeute und damit der Wirkungsgrad der photovoltaischen Zelle abnimmt. Anhand der Figuren 4 bis 7 wird das erfindungsgemäße Ver¬ fahren näher erläutert. Gleiche Bestandteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt. Auch in den Figuren 4 bis 7 ist ein Substrat 10 gezeigt, welches eine Strukturierung 101
aufweist wie vorher beschrieben.
Im ersten Verfahrensschritt trifft Laserstrahlung 210 eines ersten Lasers auf eine Teilfläche 105 in der Oberfläche des Substrates 10 auf. Die Laserstrahlung 210 weist eine Puls¬ dauer von weniger als etwa 30 ps und eine mittlere Wellen¬ länge von etwa 355 nm auf. Der Durchmesser des Strahlflecks auf dem Substrat 10 kann etwa 35 ym betragen. Die Energie¬ dichte der Laserstrahlung 210 kann größer als 10 mJ/cm2 sein,
Dies führt dazu, dass die Schicht 13 in Fragmente 130 zer¬ fällt, welche sich nachfolgend von der Oberfläche des
Substrates 10 ablösen. Weiterhin bildet sich im Substrat 10 eine geschädigte Oberflächenschicht 120 aus, welche
zumindest teilweise eine amorphe Struktur aufweisen kann und/oder in welcher der Dotierstoff der Emitterschicht 12 das Substrat 10 verlassen hat und/oder in welche Bestand¬ teile der Schicht 13 eindiffundiert sind.
Figur 5 zeigt den Querschnitt durch das Substrat 10 nach der Bestrahlung durch die Laserstrahlung 210. Erkennbar sind die aufgeführten Beschädigungen in einer Oberflächenschicht 120, welche an die Oberfläche des Substrates 10 angrenzt. In diesen Bereichen kann die verschlechterte Qualität des
Substrates 10 zu einer Leistungsminderung des Bauelementes führen. Weiterhin ist in Figur 5 schematisch dargestellt, dass Reste 135 der Schicht 13 auf der Oberfläche haften bleiben. Diese Reste 135 können das galvanische Abscheiden des Kontaktes 15 behindern und/oder die Qualität des
elektrischen Kontaktes verschlechtern. Erfindungsgemäß wird in diesem Ausführungsbeispiel nun vor¬ geschlagen, zeitlich nachfolgend Laserstrahlung 220 aus einem zweiten Laser auf die Teilfläche 105 einwirken zu lassen. Die Laserstrahlung 220 weist eine längere Pulsdauer auf, welche beispielsweise 25 ns oder 1 ys betragen kann. Die Anzahl auftreffender Pulse kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung zwischen 1 und etwa 5000 betragen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Laserstrahlung 220 mit einem Dauerstrichlaser erzeugt werden. Die im Vergleich zur Laserstrahlung 210 längere Einwirkdauer der Strahlung 220 führt dazu, dass die Fragmente 135 durch thermische und/oder photonstimulierte Desorption von der Oberfläche desorbiert werden. Weiterhin kann die Oberfläche des Substrates 10 in der Oberflächenschicht 120 re¬ kristallisieren und/oder Dotierstoffe der Emitterschicht 12 können an Gitterplätze und damit in elektronisch wirksame Positionen diffundieren. Wenn die Laserstrahlung 220
zeitlich nach der Strahlung 210 auf die Oberfläche einwirkt, so geschieht dies zu einem Zeitpunkt, zu welchem die
Wirkungen der Laserstrahlung 210 bereits abgeklungen sind, d.h. die von der Laserstrahlung 210 angeregten Elektronen des Substrates 10 befinden sich wieder im Grundzustand und die von der Laserstrahlung 210 angeregten Gitterschwingungen sind abgeklungen. Dies kann beispielsweise nach einer
Zeitdauer von mehr als 1 ns oder mehr als 10 ns oder mehr als 1 ys erfolgt sein.
Figur 7 zeigt die Oberfläche des Substrates 10 nach der Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes, welcher in Figur 6 erläutert wurde. Wie erkennbar ist, ist die Emitter¬ schicht 12 zumindest teilweise wiederhergestellt und die Oberfläche ist in der Teilfläche 105 von anhaftenden Resten 135 der Schicht 13 befreit. Die verbesserte Kristallqualität im Bereich 120 kann sich in einer längeren Lebensdauer der Minoritätsladungssträger und/oder eine erhöhte Ladungsträgerbeweglichkeit bemerkbar machen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Laserstrahlung 210 auch zeitgleich mit der Strahlung 220 auftreffen, so dass die Strahlung 220 zum Einstellen eines gewünschten Reflexionsverhaltens bzw. Absorptionsverhaltens des Substrates 10 oder zur instantanen Ausheilung der von der Strahlung 210 induzierten Defekte einsetzbar ist.
Figur 8 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die
Vorrichtung gemäß Figur 8 ist selbstverständlich nur
beispielhaft zu sehen und kann in anderen Ausführungsformen der Erfindung variieren. Insbesondere müssen nicht sämtliche dargestellte Komponenten in jeder Ausführungsform der
Erfindung vorhanden sein.
Figur 8 zeigt einen ersten Laser 21 zur Erzeugung der gepulsten Laserstrahlung 210. Dieser kann auf einer
Montierung 25 montiert sein, welche die genaue Justage des Lasers 21 erlaubt und optional die Verschwenkbarkeit oder Verschiebbarkeit des Lasers 21 ermöglicht. Daneben kann die Montierung 25 in einer Ausführungsform der Erfindung die zweite Lichtquelle 22a tragen, welche die Strahlung 220 erzeugt. Die Lichtquelle 22a kann ebenfalls ein Laser sein, welcher die bereits näher beschriebenen Laserpulse mit einer Pulsdauer von mehr als etwa 10 ns erzeugt. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Lichtquelle 22a ein Dauerstrichlaser sein oder unkohärente Strahlung aussenden, welche die Teilfläche 105 des Substrates 10 temporär erhitzt und so eine Rekristallisation und/oder eine Desorption anhaftender Adsorbate ermöglicht. Die Lichtquelle 22a kann auf der Montierung 25 relativ zum ersten Laser 21 justiert sein, so dass beim Bewegen des Laserstrahles 210 über die Oberfläche des Substrates 10 der Laserstrahl 220 in der Spur des Laserstrahles 210 folgt. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Lichtquelle 22a unabhängig von der Lichtquelle 21 bewegt werden und beispielsweise über eine Regeleinrichtung 28 in der Spur des Laserstrahls 210 geführt werden. Hierzu kann die Regeleinrichtung 28 einen Photostrom oder ein Fluoreszenzsignal messen und dadurch erkennen, ob der Laserstrahl 220 auf die dielektrische oder metallische Beschichtung 13 oder die halbleitende Oberfläche in der Teilfläche 105 auftrifft.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann alternativ oder kumulativ zur Lichtquelle 22a eine langwellige
Infrarotquelle 22b vorhanden sein, beispielsweise eine
Heizplatte. Hierdurch kann das Substrat 10 auf eine
vorgebbare Temperatur gebracht werden, was durch thermische Anregung der Elektronen im Substrat 10 den Brechungsindex und/oder die Rekristallisation der Oberfläche und/oder die Desorption anhaftender Partikel oder Adsorbate beeinflussen kann .
Das Substrat 10 und/oder die Infrarotquelle 22b können auf einem bewegbaren Halter montiert sein, um auf diese Weise eine relative Bewegung zwischen dem Substrat 10 und den Laserstrahlen 210 und/oder 220 zu ermöglichen. In diesem Fall kann die Montierung 25 auch unbeweglich sein.
Figur 9 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme der Ober¬ fläche eines Substrates 10. Erkennbar sind Teilflächen 105, auf welchen die Laserstrahlung 210 aufgetroffen ist.
Hierdurch wird die Schicht 13 zumindest unvollständig entfernt, so dass das darunterliegende Substrat 10
freigelegt ist. Da das Strahlprofil der Laserstrahlung 210 in etwa gaußförmig ist, nimmt die Intensität zum Rand hin ab. Dies führt dazu, dass in den Randbereichen 106 eine geringere Intensität auftrifft, welche dazu führt, dass die Beschichtung 13 delaminiert, d.h. die Haftung zur Oberfläche des Substrates 10 verliert. Darüber hinaus ist die
Grenzfläche zumindest teilweise amorph bzw. zu rasch mit zu vielen Störstellen bzw. Defektzuständen erstarrt. Die
Intensität ist jedoch nicht groß genug, um die Schicht 13 auch vollständig vom Substrat 10 zu lösen. In diesen Bereichen ist die Funktion der Schicht 13 als Passivierungs- schicht bzw. reflexionsvermindernde Schicht eingeschränkt oder nicht vorhanden, da diese Wirkung aufgrund des
vergrößerten Abstandes zum Substrat verloren geht.
Im rechten Bildteil ist die Oberfläche dargestellt, nachdem die Laserstrahlung 220 der zweiten Lichtquelle auf die
Oberfläche des Substrates 10 eingewirkt hat. Wie deutlich erkennbar ist, haben die vormals delaminierten Bereiche 107 abgenommen bzw. sind vollständig verschwunden. Die Laserstrahlung hat die ursprüngliche Haftung zwischen der Schicht 13 und dem Substrat 10 wieder hergestellt, so dass die vorher beschriebenen Defekte zumindest teilweise ausgeheilt sind. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Laserstrahlung 220 somit die delaminierten Bereiche 106 zwischen der Schicht 13 und dem Substrat 10 reparieren.
Figur 9 zeigt weiterhin, dass die Laserstrahlung 210 des ersten Lasers 21 mit einem Vorschub über die Oberfläche des Substrates bewegt wird, welcher in etwa 90 bis etwa 100 % des Strahldurchmessers entspricht. Dadurch entstehen
einzelne, etwa kreisförmig begrenzte Teilflächen 105, welche an ihren Berührungspunkten zusammenhängen. Demgegenüber kann die Laserstrahlung 220 der zweiten Lichtquelle überlappend über die Oberfläche bewegt werden, so dass einzelne Teil¬ flächen 105 und 106 mehrfach mit der Laserstrahlung 220 in Wechselwirkung treten können.
Die Figuren 10 und 11 zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Substrates nach der Durchführung des ersten Verfahrensschrittes und nach der Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Substrat enthält Silicium, welches in einem Ätz¬ verfahren mit einer statistisch orientierten Oberflächentopographie versehen ist. Auf die Oberfläche ist eine
Schicht 13 aufgebracht, welche Siliciumnitrid enthält. Wie in Figur 10 ersichtlich ist, kann die Schicht 13 in Teil- flächen 105 durch Einwirken der Laserstrahlung 210 entfernt werden. Gleichzeitig führt die Laserstrahlung 210 jedoch zu einer unvollständigen Entfernung der Schicht 13, so dass einzelne Auftrefforte nicht zusammenhängend von der Schicht 13 befreit sind. Teilflächen der Schicht 13 können bereits delaminiert sein, haften jedoch noch unzulänglich an der Oberfläche. Weiterhin ist ersichtlich, dass auf der
Oberfläche durch die Laserpulse eine unregelmäßige
Oberflächentextur aufgebracht wurde, welche in etwa den Intensitätsmaxima eines Interferenzbildes der Laserstrahlung entspricht. Aufgrund der Kürze der einwirkenden Pulse erstarrt das Material des Substrates schneller, als das plastisch verformbare Material fließen kann. Dies führt zu einer Vielzahl von Kristalldefekten und nachfolgend zu tiefen Störstellen und einer Inhomogenisierung des pn- Überganges, welche die Rekombination von Minoritätsladungs¬ trägern beschleunigen. Dadurch wird der Wirkungsgrad der photovoltaischen Zelle reduziert.
Figur 11 zeigt die Oberfläche nach Einwirken der Laserstrahlung 220 der zweiten Lichtquelle. Die Laserstrahlung 220 führt zu einem weitgehenden Entfernen der Schicht 13 aus den Teilflächen 105 sowie zu einer Rekristallisierung der
Oberfläche, welche nachfolgend glatt und deutlich
defektärmer ist.
Der in Figur 10 und 11 beschriebene Sachverhalt wird
nachfolgend anhand der Figuren 12 und 13 für ein zweites Substrat erläutert. Das Substrat 10, welches in Figur 12 und 13 dargestellt ist, wurde in Kaliumhydroxid geätzt, um eine Strukturierung 101 zu erzeugen. Auch in diesem Fall bildet die Laserstrahlung 210 Rippen aus aufgeschmolzenem Material in den Teilflächen 105. Ebenso ist in Figur 12 sichtbar, dass die Schicht 13 nur unvollständig entfernt wurde.
Beide Defekte sind in Figur 13 durch Einwirken der Strahlung 220 aus der zweiten Lichtquelle weitgehend geheilt. Die Schicht 13 ist nur in einer sehr kleinen Teilfläche
weiterhin auf dem Substrat vorhanden. Die Rippen, welche die Defektdichte in den bestrahlten Teilflächen 105 deutlich erhöhen, sind in Figur 13 erheblich reduziert.
Der positive Effekt des erfindungsgemäß vorgeschlagenen zweiten Verfahrensschrittes lässt sich anhand von Figur 14 nochmals nachvollziehen. Figur 14 zeigt im linken Bildteil den gleichen Ausschnitt aus einem Substrat 10. Die oberste Darstellung entspricht dem unbehandelten Substrat, wie in Figur 1 dargestellt. In der mittleren Darstellung wurde in Teilbereichen 31 und 32 des Substrates mit Laserstrahlung 210 in einigen Teilflächen 105 die Schicht 13 entfernt, wie anhand der Figuren 2 und 4 erläutert ist. Die beiden
Teilbereiche des Substrates 10 sind als Rechtecke 31 und 32 in die Figur eingetragen.
In der untersten Darstellung wurde der Flächenbereich 32 mit Laserstrahlung 220 bearbeitet, wie anhand von Figur 6 beschrieben. Der Flächenbereich 31 befindet sich als
Vergleichsfläche noch im Zustand nach dem vorhergehenden Verfahrensschritt .
Der linke Bildteil der Figur 14 zeigt dabei die mittlere Lebensdauer der Minoritätsladungsträger im Substrat 10 auf einer Skala von 50 bis 130 ys in Graustufen codiert. In der obersten Darstellung zeigt das unbehandelte Substrat eine mittlere Lebensdauer der Minoritätsladungsträger von 120 ys . In der mittleren Darstellung, nachdem die Teilbereiche 31 und 32 mit Laserstrahlung 210 in Linien von 30 ym Breite und 1 mm Abstand behandelt wurden, sinkt die mittlere Lebens¬ dauer der Ladungsträger auf etwa 53 ys ab. Dies ist im
Wesentlichen auf die anhand der Figuren 5, 10 und 12
beschriebenen Defekte zurückzuführen.
In der untersten Darstellung wurde im Teilbereich 32 der anhand von Figur 6 beschriebene zweite Verfahrensschritt durchgeführt. Hierdurch steigt die mittlere Lebensdauer der Ladungsträger wieder auf 74 ys an. Im Vergleichsfeld 31 ist die Lebensdauer der Ladungsträger unverändert.
Im rechten Bildteil der Figur 14 ist jeweils die Änderung der mittleren Lebensdauer der Ladungsträger dargestellt. In der oberen Figur ist ersichtlich, dass die Lebensdauer durch den ersten Verfahrensschritt um etwa 50 % abnimmt. Im unteren Bildteil ist ersichtlich, dass die Lebensdauer im Vergleichsfeld 31 unverändert bleibt, wohingegen im Feld 32 eine Zunahme um etwa 40 % zu verzeichnen ist.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Merkmale aus unterschiedlichen, vorstehend detailliert beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungs¬ form der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die
Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die
Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste" und „zweite" Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Ablation zumindest einer Schicht (13) von einem Substrat (10), bei welchem Laserstrahlung (210) von zumindest einem ersten Laser (21) auf zumindest eine Teil¬ fläche (105) der Oberfläche der Schicht (13) einwirkt, wobei der erste Laser (21) gepulste Laserstrahlung (210) mit einer Pulsdauer von weniger als etwa 50 ns erzeugt dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine zweite Lichtquelle (22) verwendet wird, welche gepulste Laserstrahlung (220) mit einer Pulsdauer von mehr als etwa 1 ns erzeugt oder einen Dauerstrichlaser enthält oder unkohärente Strahlung abgibt,
wobei das Licht (210) des ersten Lasers (21) zu einem Zeitpunkt auftrifft, zu dem sich zumindest die Teilfläche (105) der Oberfläche im thermischen Gleichgewicht mit der Umgebung befindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Einwirkung der Laserstrahlung des ersten Lasers auf das Substrat entstandene Schädigung durch die Strahlung der zweiten Lichtquelle zumindest teilweise ausgeheilt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Laser (21) eine Wellenlänge von etwa 200 nm bis etwa 2000 nm aufweist und/oder der erste Laser (21) eine Strahlfleckgröße von etwa 2 ym bis etwa 100 ym aufweist und/oder der erste Laser (21) eine Pulsdauer von etwa 10 fs bis etwa 1 ns aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lichtquelle (22) eine
Wellenlänge von etwa 200 nm bis etwa 2000 nm oder von etwa 3 ym bis etwa 25 ym aufweist und/oder die zweite
Lichtquelle (22) eine Strahlfleckgröße von etwa 2 ym bis etwa 100 ym aufweist und/oder die zweite Lichtquelle (22) eine Pulsdauer von etwa 1 ns bis etwa 1000 ns aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlfleck des ersten Lasers (21) zumindest über eine Teilfläche (105) der Oberfläche der Schicht gerastert wird, wobei der Vorschub in etwa 90% bis etwa 100% der Strahlfleckgröße entspricht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlfleck der zweiten Lichtquelle (22) zumindest über eine Teilfläche der Oberfläche der Schicht gerastert wird, wobei der Vorschub in etwa 1% bis etwa 60% der Strahlfleckgröße entspricht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (220) der zweiten
Lichtquelle (22) zeitlich verzögert nach der Strahlung (22) des ersten Lasers (21) auf die Oberfläche trifft und/oder dass die Strahlung der zweiten Lichtquelle (22) um mehr als 1 ns oder mehr als 100 ns verzögert nach der Strahlung des ersten Lasers (21) auf die Oberfläche trifft.
8. Verfahren Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlfleck der zweiten Lichtquelle (22) dem Strahlfleck des ersten Lasers (21) in einem vorgebbaren Abstand folgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftreffort des Strahlfleckes der zweiten Lichtquelle (22) mit einer Regeleinrichtung (28) auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (220) der zweiten
Lichtquelle (22) zeitgleich mit der Strahlung des ersten Lasers (21) auf die Oberfläche (105) trifft.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (120) eine Rauheit (101) von etwa 1 ym bis etwa 5 ym aufweist und/oder dass die Schicht (13) ein Dielektrikum enthält oder daraus besteht .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zumindest einen Verfahrens¬ schritt bei der Herstellung einer photovoltaischen Zelle bildet .
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