WO2015149835A1 - Verfahren zum herstellen eines halbleitermoduls, halbleitermodul und bestrahlungsanlage - Google Patents

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Tim FRIJNTS
Hendrik ZOLLONDZ
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a semiconductor module, a semiconductor module, an irradiation system, a beam generating device and an associated method.
  • it involves the production of possibly the most monocrystalline material or, if possible, monocrystalline material in a different way than before.
  • wafers or so-called semiconductor wafers made of monocrystalline material are used.
  • the wafers have diameters up to 30 centimeters or larger.
  • the thickness of a wafer can be greater than 0.5 millimeters in microelectronics, for example, and larger than 50 micrometers in solar technology, for example.
  • the wafers are produced, for example, by one of the following methods, preferably according to an industry standard:
  • Single-crystal semiconductor material has very good electrical properties and can be used, for example, in solar modules or in switching elements of integrated circuits.
  • the invention relates to a method for producing a semiconductor module:
  • the at least one semiconductor layer is irradiated with at least one first beam
  • the first beam causes crystallization of the at least one semiconductor layer to form a single crystal or to form a plurality of single crystals, preferably with a length greater than 1 centimeter or greater than 10 centimeters,
  • the at least one semiconductor layer is irradiated with a second beam, which causes an expansion of the at least one single crystal.
  • the invention relates to a semiconductor module, in particular a semiconductor module produced by the above-mentioned method, comprising:
  • the at least one semiconductor layer is monocrystalline along a first path in a first direction
  • the at least one semiconductor layer is monocrystalline along a second path in a transverse direction transverse to the first direction
  • the invention also relates to an irradiation system, in particular for carrying out the above-mentioned method or in particular for producing the abovementioned semiconductor module:
  • a transport device for semiconductor modules having a size of at least half a square meter, at least one square meter or at least two square meters,
  • the invention relates to a Strahlermaschineungsvor- direction and an associated method.
  • an associated semiconductor module and an associated irradiation system should be specified.
  • an associated jet generating device and an associated method are to be specified.
  • gray space i. more than, for example, 5,000 particles or more than 10,000 particles per cubic meter of air to produce significantly larger single crystals than before, especially on an industrial scale.
  • the process can also be carried out under clean-room conditions.
  • a method for producing a semiconductor module it is possible to apply at least one semiconductor layer to a carrier substrate,
  • the at least one semiconductor layer can be irradiated with at least one first beam
  • the first jet may cause crystallization of the at least one semiconductor layer to form a single crystal or a plurality of single crystals, preferably with a length greater than 1 centimeter or greater than 10 centimeters, wherein the single crystals are preferably formed flat, i. with a layer thickness of, for example, less than 200 micrometers.
  • the at least one semiconductor layer is irradiated with a second beam, which causes a widening of the at least one single crystal, wherein the single crystal is either expanded after it is already crystallized Siert or wherein the single crystal on crystallization from the liquid phase by the second beam is widened.
  • the semiconductor material After the semiconductor material has been liquefied by the first jet, it crystallizes at the lowest temperature point.
  • the nucleation rate during crystallization has a strong dependence from the temperature, especially in a supercooled
  • the carrier substrate may be a glass substrate, in particular a low-temperature glass (temperature-resistant below 600 degrees Celsius) or a high-temperature glass (temperature-resistant also above 600 degrees Celsius), e.g. Borosilicate glass.
  • a glass substrate in particular a low-temperature glass (temperature-resistant below 600 degrees Celsius) or a high-temperature glass (temperature-resistant also above 600 degrees Celsius), e.g. Borosilicate glass.
  • quartz, silica, plastic, metal or plastic, or other suitable material may be used as the substrate.
  • so-called float glass can be used.
  • Typical glasses are borosilicate glass or soda-lime glass ⁇ soda lime)
  • the carrier substrate may have a size greater than one-half square meter, larger than one square meter, or larger than two square meters.
  • the intensity in the first beam and / or in the second beam is chosen so that no detachment or dewetting of the molten area occurs during the irradiation.
  • a so-called superstrate is also considered here, which, for example, faces the sun in the case of a solar cell.
  • the semiconductor layer may contain silicon, which is, for example, amorphous before irradiation, in particular X-ray amorphous (eg a-Si), nanocrystalline / microcrystalline (smaller 1 micron largest grain size) or polycrystalline (larger than 1 micron largest grain size).
  • silicon is, for example, amorphous before irradiation, in particular X-ray amorphous (eg a-Si), nanocrystalline / microcrystalline (smaller 1 micron largest grain size) or polycrystalline (larger than 1 micron largest grain size).
  • X-ray amorphous eg a-Si
  • nanocrystalline / microcrystalline smaller 1 micron largest grain size
  • polycrystalline larger than 1 micron largest grain size
  • At least one barrier layer can be used between the carrier substrate and the semiconductor layer or semiconductor layers, for example comprising a layer of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride or silicon carbide or a layer stack, in particular of at least two of the layers mentioned.
  • the materials mentioned may be stoichiometric or not stoichiometric. Also mixtures of these materials can be used.
  • the semiconductor layer may be deposited on the carrier substrate or optional barrier layer, in particular, deposited or grown, using methods such as chemical vapor deposition (CVD), sputtering, or other methods.
  • CVD chemical vapor deposition
  • sputtering or other methods.
  • the first beam and / or the second beam may be a beam for transmitting the high energy required for melting the semiconductor material, in particular an electromagnetic beam or a particle beam, e.g. an electron beam.
  • the beam offers the possibility to transfer the energy to the site without large energy losses. where it is needed to form the single crystal.
  • a heat beam may also be used which is generated, for example, by lamps and a focusing mirror, for example an elliptical mirror, which is also referred to as zone melting crystallization (ZMC).
  • ZMC zone melting crystallization
  • the first beam and / or the second beam may be guided along a path on the module / carrier substrate or relative to the module, for example along a straight line runs, ie a straight line. But other relative movement patterns are possible.
  • the crystallization caused by the first beam and / or by the second beam may be an initial crystallization, for example in the case of an amorphous semiconductor material.
  • the crystallization may also be a recrystallization, i. e.g. from microcrystalline or polycrystalline to the largest possible single crystals.
  • the use of the first beam makes it possible, for example, first to produce a narrow single crystal of high quality over a comparatively large area, which can laterally be laterally expanded by the second beam, for example by using at least one further laser beam.
  • the first beam also makes it possible to produce a single crystal with comparatively few crystal defects, such as twin grain boundaries (twins), possibly electrically uncritical, and / or stacking faults and / or dislocations.
  • twin grain boundaries twins
  • the first beam also makes it possible to produce a single crystal with comparatively few crystal defects, such as twin grain boundaries (twins), possibly electrically uncritical, and / or stacking faults and / or dislocations.
  • Both beams can be optically guided and / or the module is moved. Important is the relative movement between module and beams.
  • a coherent first beam and / or second beam in particular a laser beam ⁇ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) or a MASER ⁇ Microwave
  • Coherent beams also allow strong collimation along the propagation direction. For a more fanning beam or a non-coherent beam, for example. be referred to the propagation direction of a central beam part.
  • the layer thickness of the semiconductor layer on the module may be, for example, in the range of 1 micron to 20 microns or to 25 microns, but also below or above.
  • Sufficient space for light absorption in solar modules can be given in said area of the layer thickness, in particular if additional measures are taken with regard to the luminous efficacy, such as, for example, Rear-side reflector, light-scattering interfaces, etc., which is also known as "light trapping".
  • a method is specified which is suitable for industrial mass production of, for example, more than 10 semiconductor modules or more than 100 modules per day with a production line, in particular for the production of solar modules.
  • the first ray may be in a sectional plane at an angle of 90 degrees to the direction of propagation of the first
  • Beam is located, and within the cross-sectional plane, which is at an angle of 90 degrees to the relative direction of movement of the first beam with respect to the carrier substrate or on the semiconductor module, in a inner or central portion, a smaller radiation intensity or particle intensity transmitted in a section further outward than the inner or middle section.
  • the intensity of radiation or the particle intensity at the inner or middle portion may be at least 1 percent, at least 5 percent or at least 10 percent smaller than the radiation intensity or the particle intensity at the more external portion.
  • the radiation intensity may correspond to the irradiance and have the unit of watts per square meter, i. one energy per unit time and per area.
  • the energy density of a beam is easily measurable (for example with a radiation profiler, in particular on a CCD basis (Charged Coupled Device)), for example for adjusting the intensity of the beam.
  • a radiation profiler for example on a CCD basis (Charged Coupled Device)
  • the radiation intensity or the particle intensity is determined, for example, at a specific time. Alternatively, it may be measured or detected over a period of time.
  • the radiation intensity can be related to the same reference lengths or to the same reference surfaces.
  • the relevant factor may be substantially all of the amount of radiation energy received by the semiconductor material during irradiation or scanning through the beam.
  • a first beam with a lower radiation intensity or particle intensity in the middle can be generated, for example, by a circular disk-shaped diaphragm or a beam-passage-damping element, in particular an element whose inner or middle part is darkened or only partly or impermeable to is the jet or has energy-dissipating properties, and is surrounded, for example, by an even more permeable edge or more permeable area.
  • the transmission may be less than 1 percent, less than 5 percent, less than 10 percent, and less than 20 percent, respectively, in the damping element compared to the outer region.
  • other forms of aperture are possible, eg semicircle, circle segment, circle sec- gate, ellipse disk, half ellipse, ellipse segment, ellipse sector, etc.
  • a semiconductor laser or an argon laser can be used or one of the lasers mentioned below.
  • the substrate temperature may, for example, be in the range from 400 degrees Celsius to 800 degrees Celsius or up to 850 degrees Celsius, in particular achieved by preheating.
  • the beam may have a beam length of 10 microns to, for example, 3 centimeters in a transverse cross-section (e.g., 90 angular degrees) to the propagation direction.
  • a laser beam is a coherent beam that has the above-mentioned properties of coherent beams.
  • the first beam may include a closed-loop intensity maximum in a sectional plane that is at an angle of 90 degrees to the propagation direction of the first beam, and the intensity maximum may preferably surround at least one local intensity minimum.
  • the intensity maximum may preferably lie along a circular line, on an ellipse line or on a circumferential line which contains two lines lying parallel to one another, which in turn are connected by two semicircular lines at their ends.
  • the intensity maximum along the loop may be at most less than 10 percent of the maximum extent of the closed loop of one of these lines.
  • beam forms are relatively easy to produce, for example. Using circular or elliptical optical filter elements, the superposition of modes, etc., possibly connected to a different example. Optical Aufweitung in two mutually perpendicular directions. The use of these forms leads to crystallization border with a course that favors the growth of wide single crystals.
  • other beam shapes can be used which contain at least one half of said shapes, preferably half facing the crystallization boundary.
  • the beam may have a line-shaped profile with an intensity minimum at an inner point or a middle point in the cross-section to the propagation direction.
  • the linear first beam can be generated by the superposition of the beams of at least 3 or at least 5 radiation sources.
  • a beam which is ornated with a laser from LIMO Lissotschenko Mikrooptik GmbH whereby an additional damping of the energy in the central region can take place.
  • the lenticular beam is, for example, at least 10 times as long as wide, for example, reference being made to FWHM (Fill Width Half Maximum), 4Dsigma, or another measure for describing a beam dimension.
  • the width of the beam may range from 100 microns to 300 microns.
  • the crystallization caused by the first jet may take place at a crystallization junction between a liquid region and a solid region of the at least one semiconductor layer.
  • the crystallization boundary may have a course which preferably changes its direction of curvature on the surface of the at least one semiconductor layer at least twice, or at least three times or exactly three times.
  • a part of the solid region may be convex at a portion of the crystallization boundary located on one side of an inner portion of the crystallization boundary.
  • Part of the solid area on the other side of the inner portion at a further portion of the crystallization boundary also be convex.
  • the inner portion on the other hand, may be concave on another part of the fixed area.
  • said portions may adjoin one another, with the inner portion of the other two sections are then formed, which then form edge portions to the inner portion of the crystallization boundary.
  • the boundary between liquid and solid material of the semiconductor layer At the crystallization line or at the crystallization area, the boundary between liquid and solid material of the semiconductor layer.
  • the crystallization limit can be well detected due to the different reflection or absorption of liquid and solid silicon, in particular if the first laser beam or the first beam or both beams are faded out during a photograph.
  • the crystallization limit is also well detectable when the first beam or both beams are turned off, because then the crystallization stops exactly at the crystallization boundary, i. there is a snapshot of the crystallization limit.
  • the concave shape of the crystallization boundary can cause excellent growth of a single crystal.
  • the convex shape at the edges favors the formation of edge crystals there, which, however, may not have the required crystal direction and / or do not have the required lateral dimensions.
  • the growth of the edge crystals may break off after sufficiently short distances due to the aforementioned beam shapes of the first beam.
  • the growth of the edge crystals can also be slowed down, for example, by the adjoining single crystal produced, without, however, being limited here by the theory within the scope of protection.
  • the edge crystals can be remelted by the second beam and thus possibly connect to the single crystal or to the single crystals. A method without formation of edge regions is also possible, which will be explained in more detail below.
  • the liquefaction of the semiconductor material occurs in amorphous silicon, for example. Above 1200 degrees Celsius. In case of crisis crystalline silicon is the melting point, for example, at 1414 degrees Celsius. Below this temperature, it comes to solidification or crystal formation. Due to the comparatively small irradiation area compared to the semiconductor module at a certain time, heating of the substrate is avoided, in particular large-area heating, which can lead to damage.
  • Convex is used here in the usual sense, i. Tangents on the crystallization curve or boundary lie in the vicinity of the respective contact point in the solid region of the semiconductor material. Concave is also used here in the usual sense, i. Tangents on the crystallization curve lie near the point of contact in the liquid region of the semiconductor material.
  • the radii of the curvature can, for example, throughout the course, e.g. greater than, for example, 10 microns. But even a piecewise linear curve or a change of linear sections and curved sections, etc. is possible, i. very small radii of curvature, e.g. less than 5 microns at the locations between the linear sections.
  • the above-mentioned crystallization line or the crystallization boundary may be located on the surface of the semiconductor layer, in particular on the surface facing away from the carrier substrate, i. for example on the free surface.
  • the crystallization boundary can also extend into the semiconductor material as a surface.
  • the inner portion may be bounded by a line of symmetry by the two largest distances from locations on the line of crystallization, the line of symmetry preferably being in one Cross-section transverse to the propagation direction of the first beam in a longitudinal direction of the irradiated area.
  • the inner portion may have a first length when projected in a direction parallel to the relative direction of movement of the first beam with respect to the module.
  • the inner portion may have a second length when projected in a direction at an angle of 90 degrees to the relative direction of movement of the first beam and to the direction of relative movement between the first beam and the support substrate, respectively.
  • the second length may be at least as large, at least twice as large, at least three times as large, or at least ten times as great as the first length.
  • the ratio of the first length to the second length may be, for example, in the range of 1:40 to 1: 4.
  • the result is an elongated and thus pulled apart inner portion of the crystallization line produced by the first beam, and thus a broad single crystal, as compared to a more curved inner portion.
  • the distance between the two ends of the inner portion may be at least 40 microns, at least 100 microns, at least 1 millimeter, at least 1 centimeter, or at least 3 centimeters.
  • An upper boundary can, for example.
  • a broad single crystal can be grown on the carrier substrate, which itself is not or not completely monocrystalline.
  • the inner portion when projected in a direction parallel to the relative direction of movement of the first beam with respect to the support substrate or module, may have a first extent that is at least 1 micron. ter or at least 2 microns or at least 3 microns.
  • the first extent may be less than 30 percent or less than 10 percent of a second extent that the inner portion has when projected to a direction at an angle of 90 degrees to the relative direction of travel of the first beam.
  • the first extent may be less than 30 microns or less than 20 microns or less than 15 microns or less than 10 microns.
  • the projections can, for example, be carried out again in a plane in which the surface of the semiconductor layer is located.
  • the goal may again be to draw the widest possible single crystal, so that a value for the projected first length can be selected, which still allows the safe growth of the single crystal.
  • these lower limits are very small, they may be sufficient for monocrystalline growth.
  • a concave shape is deliberately used which deviates from random irregularities, as might occur, for example, in a straight line of crystallization. Even more so, there is a difference to a convex crystallization boundary.
  • the first beam and / or the second beam may radiate continuously, particularly for a time in which it is guided over a distance that is, for example, longer than 1 centimeter or longer than 10 centimeters.
  • continuous operation cw continuous wave
  • continuously can also mean that the time in the laser beam is continuous
  • radiates for example, is greater than one second, or even greater than 5 seconds.
  • An upper limit may, for example, by the time required for the irradiation of a module side length or be given by the time required for the irradiation of the entire carrier substrate or module.
  • a plurality of carrier substrates or modules can be irradiated without interrupting the radiation of the laser.
  • the single crystal or the formed long single crystals may contain little crystal defects.
  • the direction of the crystal (s), i. the direction of crystal orientation, may be random or predetermined.
  • a large polycrystalline structure may be sufficient for many applications, for example, if the grain size exceeds the average diffusion length of the charge carriers by a multiple, e.g. more than twice or more than three times, especially if the grain size (e.g., grain length) is greater than 200 microns or greater than 600 microns.
  • the first beam and / or the second beam can transmit electromagnetic radiation, in particular coherent radiation and / or in particular radiation with a wavelength in the range from 100 nanometers to 1600 nanometers (1.6 microns), preferably in the range from 400 nanometers to 1200 nanometers.
  • wavelength range many semiconductor materials absorb well, so that the laser power is well utilized.
  • frequency selection it can be noted that the absorption behavior of silicon or other semiconductor materials changes with increasing temperature. These substrate temperatures can be achieved, for example, by preheating.
  • Coherence ie equal oscillation phases of the waves in the beam
  • Coherence can lead to high energy densities and to beam bundles with approximately parallel beam path within the beam.
  • Values in the range from 450 nanometers to 600 nanometers or in another range, ie, for example, blue light to orange light in the color spectrum, can be achieved, for example, by frequency doubling the frequency of a laser beam.
  • the first beam and / or the second beam may also be an electron beam or a heat beam.
  • the first beam may cause crystallization in a post-crystallization monocrystalline region extending at least 90 degrees to a relative direction of movement between the first beam and the support substrate or module an extension of at least 100 microns, of at least 1 millimeter, of at least one centimeter or at least 3 centimeters, in particular with only one beam pass or jet run.
  • the upper limit can be determined by the available laser power and / or the respective beam shaping options.
  • a laser line By modifying these lasers, in the simplest case, for example, by shading or weakening the "laser line" in its central part, a laser line can be generated which can allow the drawing of a source single crystal. As a result, if necessary, the above-mentioned course of the crystallization tion line or the crystallization area are generated. If necessary, these laser lines can be shortened for the first beam.
  • a first relative direction of movement may be used between the first beam and the carrier substrate / module.
  • a second relative direction of movement may be used between the second beam and the carrier substrate / module.
  • the second direction of movement may be parallel to the first direction of movement, i. to the relative direction of movement or the direction of relative movement between the carrier substrate / module and the first beam, the module being the fixed reference point.
  • the second beam is a already existing on the module existing single crystal area.
  • the monocrystalline region may have been generated directly with the first beam, or may have been previously expanded with another beam which, for example, had the same shape as the second beam. If expansion occurs only once on one side of the single crystal or single crystals, fewer crystal defects are produced than multiply by a multiple.
  • the first . Beam and also the second beam can be guided along a second distance, which is at least one meter long.
  • the second beam may irradiate the semiconductor module simultaneously with the first beam or after irradiation with the first beam.
  • the second beam can be a line-shaped beam, ie its length is at least 10 times as long as its Width is again referring to FWHM (Fill Width Half Maximum), D4sigma, or other measure.
  • the line-shaped second beam can be generated in particular by using a plurality of beam sources.
  • the width can range from 100 microns to 300 microns.
  • the second beam on the semiconductor layer may extend along a straight line from the area irradiated by the first beam, the straight line having the first direction of movement at an angle in the range of 91 degrees to 179 degrees or in the range of 91 degrees to 150 degrees forms, in particular taking into account the sense of direction. Other angles of inclination are also possible.
  • the second beam may have a different beam shape and / or at least one different beam dimension than the first beam.
  • the second beam may produce a crystallization limit that is at least three times or at least ten times or at least one hundred times the length compared to a crystallization limit of the first beam.
  • the second beam can be generated, for example, with the above-mentioned homogeneous LIMO laser or with a correspondingly suitable laser from another company, in particular no
  • the extent of the second beam in a direction transverse or at an angle of 90 degrees to the propagation direction of the second beam can be in particular at least 20 centimeters or at least 50 centimeters.
  • An upper limit results, for example, from the requirements of the homogeneity of the intensity distribution or by the width of the carrier substrate or the module width (semiconductor module, solar module).
  • a weakening of the radiation intensity may not be necessary for the second beam.
  • the second beam can radiate onto the carrier substrate or onto the semiconductor module, while the first beam radiates onto the carrier substrate or onto the semiconductor module.
  • the second beam can also be used later, for example when the carrier substrate or the semiconductor module is already being processed at a further processing station. Simultaneous irradiation can result in a compact production line with short lead times.
  • the second beam may be guided adjacent to or at a crystallization boundary of the first beam.
  • a distance between the crystallization boundary of the first beam may be guided adjacent to or at a crystallization boundary of the first beam.
  • Beam can range from 0 millimeters or 1 millimeter to 3 millimeters. If there is no space, second crystallization is avoided. At very small Distance a corresponding effect is achieved because the crystallized area is not cooled down again.
  • the first beam and the second beam may lap each other, preferably in an area where at least 10 percent or at least 30 percent of the maximum radiation intensity of the first beam is present. This can have a positive effect on the expansion of the single crystal. Additionally or alternatively, the second beam may irradiate a portion of the semiconductor layer that has been liquefied by the first beam before this portion recrystallizes. This in turn can have a positive effect on the expansion of the single crystal.
  • the second beam may have a maximum extension in one direction.
  • the second beam may have a second extension in a second direction at an angle of 90 degrees to this direction.
  • the second extent may be no more than 30 percent, no more than 20 percent, or no more than 10 percent of the maximum extent.
  • the expansions may again refer to FWHM (Füll Width Half Maximum), 4Dsigma or any other suitable measure.
  • the second beam may be a line beam or a linear beam that is generated by the superposition of the beams of at least 3 or at least 5 radiation sources. Even if one radiation source fails, the
  • the second beam may have a homogeneous intensity distribution on an intensity plateau, wherein the intensity plateau may extend over a length which corresponds to at least 50 percent or at least 80 percent of the length of the second beam, for example on the semiconductor layer.
  • End of the second beam can be set, for example, at 10 percent of the maximum value of the intensity in the second beam.
  • a line-shaped beam is used again if the length is at least 10 times the width, again referring to FWHM, 4Dsigma or the like. Measurements can be made.
  • the deviation of the intensity on the plateau can, for example.
  • the first beam may also have a maximum extension in one direction, wherein the beam may have a second extension in a second direction lying at an angle of 90 degrees to this direction.
  • the second extent may be no more than 30 percent, no more than 20 percent, or no more than 10 percent of the maximum extent.
  • the extension of the first beam may end, for example, where 10
  • Percent of the maximum value of the energy density are reached. Alternatively, on FWHM, 4Dsigma or similar. Dimensions are referred to.
  • an intensity profile can result, which corresponds to a pulling apart of, for example, a circular-shaped intensity profile with an intensity minimum in the middle.
  • a long and wide single crystal or a multiplicity of such single crystals can thus easily grow, in particular because the crystal growth increases from cold to low warm, ie in this way from the inside out.
  • small edge crystals would be drawn from outside to inside.
  • a wider region can be crystallized, especially with high quality, i.e., compared to a high energy density annulus with the same laser power. eg less crystal defects.
  • the semiconductor layer or a semiconductor layer stack to be crystallized may have a layer thickness in the range of one micron up to 25 microns or in the range of 2 microns up to 20 microns. It can be a particularly good crystallization in this range of the layer thickness be possible .. In addition, the range is particularly suitable for solar cells, ie for thin-film solar cells. Possibly. On the single crystal (s) produced by this layer thickness (epitaxy), an expansion of the single crystal or the plurality of single crystals toward larger layer thicknesses can also take place, which are better suited, for example, for integrated circuits or for other solar cells than thin-film solar cells. With regard to the materials for the semiconductor layer, for the carrier substrate and possibly for an additional barrier layer, reference is made to the above statements. Also with respect to the size of the semiconductor module, reference is made to the above size specifications.
  • the at least one single crystal can have a length greater than 1 centimeter or greater than 10 centimeters, which leads to very good electrical properties, for example, of a solar module.
  • a semiconductor module in particular a semiconductor module produced according to one of the above-described methods, may contain:
  • the at least one semiconductor layer is monocrystalline along a first path in a first direction
  • the at least one semiconductor layer is monocrystalline along a second path extending in a transverse direction transverse to the first direction
  • first direction and the transverse direction are at an angle of 90 degrees to each other.
  • an optional barrier layer can be arranged between the carrier substrate and the semiconductor substrate.
  • the routes may be in particular straight lines. The same applies to the technical effects given above for the process and its developments.
  • the semiconductor module can be one of the following modules:
  • a solar module in particular a thin-film module, wherein the semiconductor material as a whole is thinner than 300 micrometers, thinner than 100 micrometers, or even thinner than 10 micrometers.
  • a flat screen in particular a TFT (thin film transistor) screen
  • the semiconductor materials mentioned above or below can be used.
  • the semiconductor module can in particular be flat.
  • the carrier substrate may be one of the above-mentioned substrates, in particular a glass substrate, e.g. a low-temperature glass, which is mechanically stable, for example, only up to about 500 degrees Celsius or 600 degrees Celsius.
  • the solar module may in particular contain only one solar cell layer.
  • it can contain a plurality of solar cell layers, which are arranged one above the other, as is known, for example, from a so-called tandem cell or triple cell, wherein the individual solar cell layers are each designed or optimized for mutually different wavelength ranges.
  • An irradiation system in particular for carrying out one of the above-mentioned methods or in particular for producing the abovementioned semiconductor module or one of its developments, may contain:
  • a transport device for semiconductor modules having a size of at least half a square meter, at least one square meter or at least two square meters,
  • a second irradiation device in particular for the simultaneous irradiation of the same semiconductor module.
  • associated controls or regulations may be provided, in particular for influencing the emitted or recorded laser power.
  • both irradiation devices serve the simultaneous irradiation of the same module, so as to obtain, for example, a compact production line.
  • the above-mentioned technical effects apply accordingly to the irradiation facility or its further developments.
  • a beam generated by the laser beam generating device may include a closed-loop maximum intensity of radiation in a cutting plane which is at an angle of ninety degrees to the beam's propagation direction, preferably surrounding at least one local intensity minimum within the orbit.
  • the intensity maximum may lie along an ellipse line or on a circumferential line which contains two lines lying parallel to one another, which are connected by two semicircular lines at their ends.
  • the intensity maximum may also be no more than 10 percent of the maximum extent of the closed circulation of one of these lines along the circulation.
  • a beam generated by the laser beam generating device may have a line shape with an intensity minimum at an inner point or a middle point in cross section to the propagation direction.
  • the above-mentioned technical effects apply.
  • all beam variants of the first beam can be used in particular with or without a second beam.
  • At least one semiconductor layer is applied to a carrier substrate
  • the at least one semiconductor layer is irradiated with a beam which is generated by the abovementioned beam-generating device
  • the beam causes crystallization of the at least one semiconductor layer to form at least one single crystal.
  • Thin film layers in particular of silicon
  • the company LIMO laser supplier
  • a homogeneous laser line of 3 centimeters
  • the single crystal formed by the first laser beam can be expanded.
  • the extension can take place, for example, over the entire substrate.
  • the linear laser beam can also. have one of the shapes shown in Stultz, especially the crescent shape.
  • FIG. 1 shows a widened monocrystalline region as a result of the widening of a donut-shaped irradiation area.
  • the irradiation area may also be less dilated, for example, in a state that is between the circular ring shape shown in FIG. 2 and that shown in FIG. 1, compared to a circle in one direction or in two oppositely directed directions lies.
  • LPCSG Liquid Phase Crystallized Silicon on Glass
  • any deposited semiconductor material is liquefied after deposition.
  • another suitable carrier may also be used.
  • the proof of use For example, there may be patterns that resemble "herringbone", eg, see arrows 24b in FIG. 1.
  • the beam tilt can be used to shape the beam shape, i. no vertical impact, which could also favor a disturbing reflection in the laser.
  • the parameters of the irradiation can be determined empirically, especially when using a laser.
  • the following types of lasers can be used: diode lasers, e.g.
  • the semiconductor lasers and the semiconductor diode lasers may have a wavelength of 80 ⁇ nanometer plus / minus 10 percent or a wavelength of 980 nanometers plus / minus 10 percent.
  • the energy flow of the laser can be in the range of 30 to 300 joules / square centimeter, which is radiated into the semiconductor, in particular independent of the beam velocity.
  • the relative beam velocity can be, for example, in the range of 5 millimeters / second to 5 centimeters / second.
  • the laser power radiated by the laser can be at least 500 watts or at least 1000 watts.
  • Process instabilities can be avoided or mitigated, for example, by preheating the carrier substrates. The preheating may also have a favorable effect in terms of a low tendency to fracture and cracking of the carrier substrate, in particular when using glass as the carrier substrate.
  • the laser ie first beam and / or second beam, can be guided so that it does not or only after the substrate irradiated through the irradiation of the semiconductor layer.
  • the laser may also radiate therethrough before it impinges on the semiconductor layer.
  • the method can also be used for semiconductors other than silicon, e.g. for chalcopyrites (eg CIGS copper indium gallium diselenide), kesterite (ie CZTS copper zinc tin sulfide), III / V semiconductors ⁇ GaAs (gallium arsenide), InGaAs (indium gallium arsenide), etc.), other compound semiconductors, germanium, cadmium telluride ( CdTe).
  • chalcopyrites eg CIGS copper indium gallium diselenide
  • kesterite ie CZTS copper zinc tin sulfide
  • III / V semiconductors ⁇ GaAs (gallium arsenide), InGaAs (indium gallium arsenide), etc.
  • CdTe cadmium telluride
  • the hydrogen content of the semiconductor material should be as low as possible prior to crystallization to prevent the semiconductor layer from flaking off upon crystallization. After crystallization, hydrogen passivation can be performed to passivate defects. Since there are fewer defects than with amorphous material, the hydrogen content in the semiconductor layer required for passivation can also be lower than previously.
  • a rough surface can be beneficial. If a smoother surface is required, then, for example, a cover layer or a layer stack of cover layers may be used.
  • a cover layer e.g. a layer of silicon nitride, e.g. Si3N4 (e.g., about 150 nm), of silicon dioxide or silicon carbide.
  • Layer stacks may contain combinations of two or three of said layers.
  • FIG. 1 shows a semiconductor module and a laser beam with an elongated annular intensity maximum
  • FIG. 3 shows a beam shaping device of a laser beam
  • FIG. 4 shows an intensity distribution and a temperature distribution that arise due to a widened annular laser beam
  • Figure 5 shows a production line for solar modules with a
  • FIG. 1 shows a semiconductor module 10b, in particular a solar module, and a laser beam IIb with an elongated annular intensity maximum 15b, the laser beam IIb irradiating the semiconductor module 10b.
  • a semiconductor module 10b in particular a solar module
  • a laser beam IIb with an elongated annular intensity maximum 15b the laser beam IIb irradiating the semiconductor module 10b.
  • the frequency of the electromagnetic radiation of the laser beam IIb reference is made to the introduction.
  • Production of semiconductor circuits may be more than half a square meter in size, more than one square meter or more than two square meters. Alternatively, however, a smaller module can also be used.
  • On the module 10b there is at least one semiconductor layer, not shown in FIG. 1, see FIG. 5, semiconductor layer 254 which is irradiated by the laser beam IIb in the radiation area shown.
  • a heavily irradiated area 12b contains, for example, intensity values which lie between a maximum intensity value and, for example, 90 percent of the maximum intensity value.
  • the highly irradiated region 12b surrounds a less irradiated region 14b where the intensity falls, for example, to a value less than 80 percent or less than 50 percent of the maximum intensity, but may depend on many factors, with an upper limit imposed by the Chipping the semiconductor layer and a lower limit can be given by still sufficiently melting.
  • the beam IIb can impinge on the module 10b at an angle of, for example, 85 degrees or at another angle, for example in order to avoid reflections into the laser.
  • the shape of the beam can also be influenced by this angle and thus also the shape of the crystallization boundary 20b.
  • An irradiation direction 16b is related to an observer whose reference point is fixedly connected to the solar module 10b.
  • the beam IIb can rest and the module 10b can be moved in the opposite direction to the direction 16b.
  • only the beam IIb can be moved in the direction 16b with the module 10b resting.
  • both the beam 10b in the above direction 16b and the module 10b may be moved in the opposite direction to the direction 16b.
  • a crystallization boundary 20b separates a liquid region 18b of the semiconductor material 254 from a solid region, the solid region containing a monocrystalline middle region 22b, for example of silicon, and two edge regions 26b and 28b, for example also of silicon, in particular of microcrystalline or polycrystalline silicon or other semiconductor material.
  • the crystallization limit or line 20b has the following course, for example:
  • the boundary of the single-crystal region 22b need not be at the portion boundaries of the portions 60, 62, and 64.
  • a location 21b lies in the middle of the central portion 62.
  • a location 23b is located between the left portion 60 and the middle portion 62.
  • a distance Alb is the distance of the location 21b and the location 23b when projected in the direction 16b.
  • a width B2b is the projected width of the portion 20b in a direction which is at an angle of 90 degrees to the direction 16b in the sheet plane of FIG.
  • the distance Alb is, for example, greater than 1 percent or greater than 10 percent of the width B2b.
  • the width B2b has in the version Example, a value in the range of 100 microns up to 200 microns or up to 500 microns.
  • the distance Alb can be chosen as small as possible to the width B2b of
  • a line of symmetry S which indicates the symmetry in the longitudinal direction of the beam shape, as seen in a cross-section to the propagation direction of the beam.
  • the difference between the distances AB1 and AB3 or the distances AB2 and AB3 can then be used.
  • width B2b can then be made to the distance between the two locations for the distances ABl and AB2. All dimensions and ratios given in this application for Alb and B2b should also apply to this difference and to the distance between the two locations for the distances AB1 and AB2.
  • 1 exemplary crystal growth directions 24b drawn for the single crystal 22b in the figure: Without being bound by theory in the protected area are.
  • the crystal- The direction of orientation can be influenced, for example, by "seeding" at the edge of the module 10b, or by other measures, for example the selection of a specific substrate or a certain optional barrier layer or an optional barrier layer stack. in a direction which is at an angle of about 45 angular degrees in a clockwise direction to the direction 16b, and also in a direction which is at an angle of about 45 degrees counterclockwise to the direction 16b Other directions are also possible.
  • a crystal growth direction 30b is indicated, which relates to left edge crystals.
  • the left-hand edge crystals have the same crystal growth directions with respect to each other and are also approximately the same size.
  • the left edge crystals also extend in the same direction, which, for example, coincides with the crystal growth direction.
  • the crystal growth direction 30b lies, for example, at an angle of 45 degrees in a clockwise direction to the direction 16b. Other angles are also possible for the crystal growth direction 30b, for example, in the range of 20 angular degrees to 70 degrees in angle to the direction 16b. Crystal orientation direction and crystal growth direction 30b may also differ from each other in the left edge region 26b.
  • a crystal growth direction 32b is indicated which relates to right edge crystals which have mutually equal crystal growth directions and are also approximately equal to each other and also extend in the same direction (crystal orientation), here, for example, in the crystal growth direction 32b.
  • the crystal growth direction 32b is in the exemplary embodiment, for example, at an angle of 45 degrees counterclockwise to the direction 16b. Other angles are possible for the crystal growth direction 32b, for example in the range of 20 angular degrees to 70
  • Crystal growth direction and Crystal growth direction 32b may also differ from one another in the right edge region 28b.
  • a length L2 of the area irradiated simultaneously by the beam IIb is, for example, greater than a width B2 of this irradiated area, greater than twice the width B2 or even greater.
  • the module 10b may after a first irradiation with the
  • Beam IIb are irradiated in other areas with the beam IIb or with another beam, for example, overlapping the edge region 26b or 28b and possibly slightly overlapping the edge of the single crystal 22b. But also an irradiation without overlapping is possible. In both irradiations, the direction 16b for the relative movement between the beam and the module can be maintained.
  • a plurality of beams such as the beam IIb, can also be guided simultaneously via the module 10b, for example with overlapping at least in the edge regions 26b, 28b or without such an overlap.
  • the proposed beam shape of the beam IIb and the resulting crystallization boundary 20b, 66, the edge growth nucleation or edge growth nucleation is suppressed from a certain point on the crystallization boundary, so that a single crystal 22b can arise, especially because the crystal growth takes place from cold to warm, ie from the inside to the outside.
  • the width B2b is significantly greater than the critical growth nucleation size typically found in semiconductor materials, particularly silicon or silicon semiconductor materials ranging from one nanometer to one micrometer, the exact value depending on the semiconductor material, the substrate, and other conditions. Nevertheless, the selected course of the crystallization boundary 20b, 66 and / or the temperature gradient generated there generates a single crystal 22b over the entire width B2b, which in particular is greater than the upper limit of one micrometer and which may also be considerably larger , eg at least twice as large, at least three times as large or at least ten times as large, or at least 100 times as large.
  • the course of the radiation intensity maximum 15b can also deviate from the course shown, in particular in distances which are less than 10 percent of the maximum extent of the closed circulation 15b away from this circulation, wherein, for example, the sheet plane shown is referred to.
  • An elliptical shape is also possible or a further or less expanded shape, see, for example, FIG. 2, ray 11c, or value lying between these widening states and further expanded rays.
  • Beam lld The expansion of the beam IIb can only take place in the resulting longitudinal direction of the irradiated area. Alternatively, however, it can also be widened into the direction lying at an angle of 90 degrees to the longitudinal direction, but preferably. not as strong as in the longitudinal direction to further adjust the course of the crystallization boundary 20b, 6-6.
  • the beam IIb can be generated, for example, with the beam-shaping device shown below with reference to FIG. 3, ie the use of attenuation filter elements in the center
  • FIG. 2 shows a semiconductor module 10c and two laser beams 11c and 11d, which irradiate the semiconductor module 10c.
  • the beam IIb can also be used instead of the beam 11c.
  • the beam 11c unlike the beam IIb, has a circular intensity maximum 15c surrounding an intensity minimum, thereby making a middle and concave portion of a crystallization boundary 20c corresponding to the crystallization boundary 20b more curved than the central and concave portions of the crystallization boundary 20b. This can also be beneficial for the growth of one
  • An Outside Diameter That of the beam 11c at the higher irradiation area 12c has a value that is, for example, in the range of 30 microns to 100 microns or 300 microns.
  • an inner diameter D2c of the beam 11c has a value ranging from 50 percent to 80 percent of the value of the diameter Dc, referring, for example, again to 90 percent of the intensity maximum.
  • FWHM Frell Width Half Maximum
  • other dimensions eg D4sigma.
  • the solar module 10c which corresponds to the solar module 10b, in particular with regard to the use and size,
  • an irradiation direction 16c which corresponds to the irradiation direction 16b, in particular with regard to the three possibilities for producing a relative movement between the beam 11c and the module 10c,
  • a monocrystalline material 22c e.g. Silicon, which corresponds to the material 22b,
  • a line laser beam Ild is guided simultaneously over the module 10c simultaneously with the beam 11c or later, in order to enlarge the single crystal 22c to the right or to the left or, when using a further jet or jet run, to both sides.
  • the line-shaped laser beam lld has a different shape and / or different radiation parameters than the beam 11c, eg frequency of the radiation, maximum extension, course of the radiation maximum, etc.
  • the line-shaped laser beam lld can also be the same frequency of the radiation as the
  • Beam 11c have.
  • the line-shaped laser beam 11 d for example, along a straight line 15 d, for example.
  • Have a homogeneous intensity distribution the deviation, for example, only by a maximum of 2.5 percent or at most 1 percent of an intensity maximum on this line.
  • a length L4 (for example, also FWHM-Füll Width Half Maximum) of the straight line 15d or of the homogeneous section on the straight line 15d is, for example, at least 1 centimeter, at least 10 centimeters or at least 30 centimeters.
  • the intensity of the line laser beam or of the line-shaped laser beam 11d drops outward, for example according to a Gaussian distribution or according to another function.
  • the width can range from 100 microns to 300 microns.
  • the line-shaped laser beam 11d is generated, for example, using a plurality of radiation sources, in particular laser beam sources, whose beams are then superimposed on one another, cf.
  • a plurality of radiation sources in particular laser beam sources, whose beams are then superimposed on one another, cf.
  • the corresponding products of the company LIMO for example, the corresponding products of the company LIMO.
  • the single crystal 22c grows exactly in one of the two directions 24c to form the single crystal 22c, 22d.
  • a distance A2 between the end of the crystallization boundary 20c caused by the beam 11c and the beginning of the crystallization boundary 2Od caused by the line-shaped laser beam 11d when the crystallization boundaries 20c, 20d are projected onto the direction 16c can be, for example, in the range of 0 microns, ie touching each other up to 100 Microns or larger, ie a distance A2 greater than 1 centimeter or greater than 10 centimeters is possible. If the distance A2 is equal to 0 millimeters, ie the linear laser beam 11d is guided at the crystallization boundary 20c, then the edge region 32c is not formed or not in its entire width, which can increase the quality of the single crystal 22c, 22d.
  • Both beams 11c and 11d may also overlap one another. This is true even if instead of the beam 11c other beam forms with an intensity minimum are used, e.g. Ray IIb or a short line-shaped beam with intensity minimum.
  • the second jet additionally overlaps with the liquid region, e.g. 18c, in particular before the liquid region, e.g. 18c, crystallized again.
  • the second beam may be connected to the liquid region, e.g. 18c overlap generated by the first jet, in particular before the liquid region, e.g. 18c, crystallized again.
  • the first beam has a different shape than the beam 11c, e.g. Beam IIb, short line beam with intensity minimum in the middle, etc.
  • the line-shaped laser beam lld can also be passed over the module 10c only after the beam 11c has been guided over the module 10c.
  • a relative direction of movement reference point module 10c
  • a straight line 15d of homogeneous or maximum intensity of the linear laser beam 11d encloses an angle W2 with the direction 16c, which angle may, for example, be in the range of 91 degrees of arc to 179 degrees of angle, in particular in the range of 91 degrees of arc to 150 degrees of angle.
  • the linear laser beam 11d is guided, for example with overlap, to the right edge region 28c and adjoins the single crystal 22c. Thus, the edge portion 28c is melted by the left edge of the beam lld and included in the single crystal 22c, 22d.
  • a beam with circular segment shape 70 can also be used.
  • the side of the beam shape of the line-shaped laser beam 1 d facing the single crystal 22 d is decisive for the energy distribution prevailing during growth. Therefore, for example, can be done with the circular segment shape 70, an enlargement of the single crystal 22c. This can also apply to the beam IIb or 11c, so that the front part of the beam IIb, 11c or lld can also be modified without deviating significantly from the proposed procedure.
  • Further beams can be led simultaneously or later via the module 10c in the direction 16c in order to further increase the single crystal 22c, 22d or to form further single crystals, the overlap at the right edge 30d preferably being carried out in this way, as has been explained above for the beam Ild and the edge 28c.
  • the single crystal 22c can be carried out at the edge region 26c, the procedure being correspondingly used.
  • a linear laser beam corresponding to the linear laser beam 11d is guided, for example, in mirror image to the beam 11d at the edge 26c, in particular simultaneously or later.
  • the mirror axis is, for example, in the direction 16c and passes through the point 21c.
  • the proposed beam shape of the laser beam 11c and the course of the crystallization boundary 20c caused thereby produce edge-growth nucleation or edge-seed formation from a specific location on the
  • Crystallization boundary 20c suppressed, so that a single crystal 22c may arise.
  • the single crystal 22c is then enlarged monocrystalline into a single crystal 22c, 22d by the line-shaped laser beam 11d.
  • the width of region 22c is significantly greater than the critical growth nucleation size typically associated with semiconductor materials, particularly silicon or silicon semiconductor materials Range from one nanometer to one micrometer, with the exact value depending on the semiconductor material, the substrate, and other conditions. Nevertheless, the selected course of the crystallization boundary 20c and / or the temperature gradient generated there generates a monocrystal over the entire width B2c, which is in particular greater than the upper limit of one micrometer and which may possibly also be considerably larger, e.g. at least twice as big, at least three times bigger, or at least ten times bigger, or at least 100 times bigger.
  • the line on which the space points 1, 2, and 3 lie is at an angle of 90 degrees to the direction l-6d in the sheet plane.
  • the course of the radiation intensity maximum 15c may also deviate from the course shown, in particular at intervals which are less than 10 percent of the maximum extent of the closed circulation 15c away from this circulation 15c.
  • an elliptical shape is possible or one further expanded shape or forms lying between the two Ausweitungszurentn, see, for example, Figure 1, or even further expanded rays.
  • the expansion can only take place in the resulting longitudinal direction. Alternatively, however, it is also possible to widen into the direction lying at an angle of 90 degrees to the longitudinal direction, but preferably not as strongly as in the longitudinal direction, in order to further adapt the course of the crystallization boundary.
  • the beam 11c can be generated, for example, with the beam-shaping device shown below with reference to FIG. 3, ie the use of attenuation filter elements in the center
  • the line laser beam or the linear laser beam lld can be generated, for example, with a homogeneous line laser from LIMO Lissotschenko GmbH or another company.
  • FIG. 3 shows an irradiation device 100, which has a
  • Laser 102 laser beam generating unit
  • a beam shaping device 104 for forming the intensity distribution in a laser beam 120 includes.
  • Example A first ray:
  • the laser 102 may, for example, be a gas laser or a solid-state laser, in particular a semiconductor laser or a semiconductor laser. ter diode lasers.
  • the laser 102 may generate a laser beam having an intensity decreasing from a center toward the edge, eg bell-shaped, in particular according to a Gaussian distribution in cross-section.
  • the beam shaping device 104 can then further change the laser beam, for example by a stronger distortion in one direction compared to a distortion in a direction which is at an angle of 90 degrees to this direction, see, for example, beam IIb in FIG.
  • the beam 120 can be changed differently in the beam shaping device 104 in certain areas, for example also in terms of its intensity, than in other areas of the laser beam 120.
  • a central attenuation element 140 which can be used to form an ellipse disk or the like. forms, whose
  • Transmission is less than the transmission of their environment, for example, by at least 1 percent, 5 percent, 10 percent or at least 30 percent.
  • the transmission may be constant within the attenuation element 140 or, for example, depending on the distance to the center of the attenuation element 140.
  • the beam expanding unit 104 may perform beam broadening in a range of factor five to thirty, usually with a fixed beam through the optics
  • the beam widening unit 104 can be constructed like known beam widening units and contain, for example, the following elements:
  • a laser-like optical lens 110 which first collimates and then scatters the collimated laser beam 120, for example, which can take place in the direction transverse to the sheet plane to a greater extent than in the sheet plane,
  • a lens 112 following in the beam path of the laser beam 120 of the lens 110 eg cylinder-segment-shaped lens or no curvature transverse to the plane of the sheet
  • the lens 112 for example, a cylinder-segment-shaped lens or no curvature transverse to the plane of the sheet
  • ordered lens 114 which focuses the laser beam 120 again
  • optical elements for example a further collimator of the lens 114 in the beam path following or deflecting units, or mechanical or electrical deflecting units.
  • a plane 108 in which, for example, the abovementioned attenuation element 140 is arranged.
  • an optional edge shading element 142 e.g. Aperture, or attenuator, be arranged to suppress, for example, diffraction effects.
  • a beam 122 which has been widened at least in one direction and / or beam 122 which is changed in its radiance distribution then exits.
  • the shaped laser beam 120 i. e.g. IIb, 11c or lld then applies, for example, to a solar module 130 which corresponds to the solar module 10b or 10c.
  • a solar module it is also possible to use another semiconductor module which has a different use than a solar module and, for example, serves to produce an integrated circuit.
  • the size of the solar module 130 is, for example, greater than a half square meter, larger than 1 square meter or larger than two square meters.
  • the laser beam 120 can be widened more strongly transversely to the plane of the sheet of FIG. 2 than in the sheet plane.
  • Example B If the beam 120 is widened equally in the horizontal direction and in the vertical direction, the beam 11c can be generated with a circular diaphragm 140.
  • Example C (first ray):
  • the laser beam 120 may already be preformed by the use of certain modes of propagation or excitation modes, e.g. Beam 11c.
  • the laser beam 120 may already have a shape in which a circular intensity maximum surrounds a local intensity minimum.
  • at least one attenuation element can be used.
  • the laser beam of Example C can be widened in two directions by mutually different values to produce the beam IIb.
  • at least one attenuation element can be used.
  • a beam-forming unit For the generation of the line laser beam lld, i. of the second beam, a beam-forming unit can also be used.
  • a plurality of laser beams expanded in one direction extremely, for example more than 10 times or more than 100 times in comparison to a direction perpendicular thereto, are superimposed on one another by suitable optics in such a way that the desired homogeneous intensity profile is produced.
  • Attenuation elements 140 may or may not be required to produce the homogeneous energy distribution beam. The homogeneity of the laser beam can thus be maintained even if one laser source fails.
  • a shorter line-shaped beam can be generated, the intensity of which is reduced in a middle section, for example with the aid of one attenuation element or several attenuation elements.
  • This beam can then be used instead of the beam IIb or 11c as the first beam used, ie together with the beam of Example E as a second beam.
  • FIG. 4 shows a radiation intensity distribution and a temperature distribution that arise through a widened annular laser beam 150, which, for example, corresponds to the laser beam IIb.
  • the relative direction of movement 16b is also shown in FIG.
  • a radiation intensity distribution of the intensity I is shown in an intensity curve 160 which is in a
  • Section plane SE2 which is, for example, perpendicular to the sheet plane, the laser beam 150 applies.
  • the intensity curve 160 has:
  • the lines surrounding the more irradiated region 12b in FIG. 4 relate to intensity values that are about 90 percent of the maximum value in region 12b.
  • a sectional plane SE4 which lies for example perpendicular to the plane of the page, lies at an angle of 90 degrees to the sectional plane SE2 and has a similar intensity profile, which, however, can have a shorter flattened area compared to the intensity profile 160.
  • the intensity profile 160 leads on the irradiated semiconductor layer 254, for example, to the temperature profile shown in a temperature profile 170 of the temperature T transversely to the relative direction of movement 16b, ie at an angle of 90 degrees within the plane of the page.
  • the temperature profile 170 has: a left region 174 of higher temperature T,
  • the temperature profile 170 can therefore be a slightly balanced version of the intensity profile 160.
  • the crystal growth should begin as possible in the coldest part of the liquefied area and then grow toward warmer areas towards two sides.
  • the goal is to ensure that there is only one coldest area or point from which a monocrystalline crystal grows.
  • the nucleation rate has a strong dependence on the temperature in liquid silicon below the melting temperature, i. in a supercooled melt.
  • the crystallization front will therefore move in the direction of the temperature gradient. An avoidable interruption of the crystallization would occur if there were at several points a radiation intensity minimum and thus a temperature minimum, by larger particles, by bubbles, e.g. H2, etc.
  • the lower temperature in the middle of the temperature profile 170 may favor the "onset" of crystallization there, i. a crystallization from cold to hot.
  • Dotted lines 180a and 180b show how, for example, by filtering along the straight sections, a temperature minimum can be generated. Alternatively, only one of the lines 180a or 180b may apply.
  • FIG. 5 shows a part of a production line or a production line 200 for the production of solar modules, of which three solar modules 210 to 214 are shown.
  • the solar modules 210 to 214 or other semiconductor modules are transported past an irradiation system 201, which contains, for example, a laser 220 (device) and a linear laser 230 (device), in particular with associated beam shaping devices.
  • the solar module 210 has already passed the irradiation system 201 and thus the lasers 220 and 230.
  • the solar module 212 is currently being irradiated at the irradiation facility 201 and the solar module 214 is still to be irradiated at the irradiation facility 201.
  • the production line 2-00 contains a transport system 202, for example based on transport rollers 202, 204 or conveyor belts or other transport means for transporting the solar modules, e.g. 210 to 214.
  • the solar modules 210 to 214 are transported in a transport plane 205 along a transport path in a transport direction 20 €.
  • the laser beam or the laser beams 222, 232 can be moved.
  • a relative irradiation direction 208 which, for example, coincides with the relative directions 16b, 16c, 1d.
  • a distance A10 which, for example, may have a value in the range from 1 millimeter to several meters. Alternatively, successive modules have no distance from each other.
  • the laser 220 generates a laser beam 222 which, for example, corresponds to the beam IIb or the beam 11c.
  • An incident region 224 of the beam 222 on the solar module 210 contains, for example, the irradiation region 12b, see FIGS. 1 and 12c, respectively, see FIG. 2.
  • the laser 220 generates a crystallized region 226 which corresponds to the region 22b or 22c. in the Embodiment, the laser beam 222 along the center line of the module 212 applies.
  • the line-shaped laser 230 generates a laser beam 232, which, for example, corresponds to the beam lld.
  • An impingement "line” 234 or an impingement stiffness of the beam 232 on the solar module 210 contains, for example, the irradiation area 12d, see FIG. 2.
  • the linear laser 230 produces a crystallized area 236 which corresponds to the area 22d and which is monocrystalline at the area 22-6 connects.
  • the lasers 220 and 230 and optionally associated beam shaping devices and possibly also associated control units can, for example, be mounted on a mounting frame 240, which in the example contains two supports and one transverse strut. However, there may be only one support or more than two supports. Also, the lasers 230, 220 can each be mounted on a separate frame.
  • the control units can also be designed as control units or contain control units, in particular for controlling the beam intensity.
  • the solar modules 210 to 214 each contain in parallel aligned planes:
  • a carrier substrate 250 e.g. Glass, plastic, metal,
  • a distance Sl lies in the direction of the relative direction 208.
  • the distance S1 is, for example, longer than 0.5 meters or even longer than 1 meter and may correspond to the entire module length of the module 212.
  • a distance S2 is at an angle of 90 degrees to the distance S1 in the module level.
  • the distance S2 is, for example, longer than 15 centimeters or longer than 30 centimeters. It can be generated a single crystal, which has the length of the route Sl. Alternatively, several monocrystals are generated along the route Sl, which, for example, each longer than 1 cm (centimeters) or longer than 10 cm.
  • the width of the single crystal may be several millimeters or several centimeters.
  • Further single crystals can be generated in the same way on the left and / or right next to the crystallized region 226 and, for example, cover the entire module 212 or at least 90 percent of the top side of the module 212.
  • the laser beams 222, 232 or other laser beams, not shown, can be used.
  • the further laser beams can be arranged at the same processing station or at subsequent processing stations, so that, for example, more than two, more than three or more than four laser beams irradiate the module 212 at the same time.
  • the aim is, for example, a throughput of at least 10 or at least 20 modules per hour.
  • the other half of the solar module 210 or further solar modules can alternatively or additionally be irradiated at the same processing station.
  • the irradiation of the not yet irradiated half can also be done at other processing stations to expand the generated by the beam 222 single crystal, for example, as a result bilaterally.
  • the lasers 220 and 230 can also be arranged differently than shown in FIG. 5, for example at mutually different processing stations, which in particular simultaneously process different solar modules, i. not the same solar module, e.g. 210th

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Abstract

Erläutert wird unter anderem ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Moduls (10b bis 10d, 130, 210 bis 214), - wobei auf ein Trägersubstrat (250) mindestens eine Halbleiterschicht (254) aufgebracht wird, - wobei die mindestens eine Halbleiterschicht (254) mit mindestens einem Strahl (12b bis 12d, 222, 232) bestrahlt wird, - und wobei der Strahl (12b bis 12d, 222, 232) eine Kristallisation der mindestens einen Halbleiterschicht (254) unter Bildung mindestens eines Einkristalls (22b) oder einer Vi-elzahl von Einkristallen, vorzugsweise mit einer Länge größer als 1 Zentimeter oder größer als 10 Zentimeter, bewirkt, - und wobei die mindestens eine Halbleiterschicht (254) mit einem zweiten Strahl (11d, 232) bestrahlt wird, der eine Aufweitung des mindestens einen Einkristalls (22b, 22c) bewirkt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen eines Halbleitermoduls, Halbleitermodul und Bestrahlungsanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen ei es Halbleiter-Moduls, ein Halbleitermodul, eine Bestrahlungsanlage, eine Strahlerzeugungsvorrichtung und ein zugehöriges Verfahren. Es geht insbesondere um die Erzeugung von mög- liehst einkristallinem Material bzw. von möglichst monokristallinem Material auf anderem Wege als bisher. Bisher werden sogenannte Wafer oder sogenannte Halbleiterscheiben aus einkristallinem Material verwendet. Die Wafer haben Durchmesser bis 30 Zentimeter oder größer. Die Dicke eines Wafers kann in der Mikroelektronik bspw. größer als 0,5 Millimeter sein und in der Solartechnik bspw. größer als 50 Mikrometer. Die Wafer werden bspw. durch eines der folgenden Verfahren, vorzugsweise gemäß einem Industriestandard, hergestellt:
- Tiegelziehverfahren nach Czochralzky,
- Zonenziehverfahren (FZ Floating Zone) , und
- Ingots (Polysilizium) .
Diese Verfahren sind sehr energieintensiv und fertigungsauf- wändig und führen zu einem beachtlichen Verschnitt, das heißt zu Material, das am Ende nicht verwendet werden kann.
Auf Substraten, die keine einkristallinen Wafer sind, wurden bisher nur vergleichsweise kleine Einkristalle erzeugt, insbesondere nur im Forschungsbereich und nicht in einer indus- triellen Fertigung.
Einkristallines Halbleitermaterial hat sehr gute elektrische Eigenschaften und kann bspw. in Solarmodulen oder in Schaltelementen integrierter Schaltkreise genutzt werden. Je größer die einkristallinen Körner in einem polykristallinen Halbleitermaterial sind, um so mehr nähern sich die elektrischen Eigenschaften des polykristallinen Halbleitermaterials dem von monokristallinem bzw. von einkristallinem Material an.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleitermoduls:
- wobei auf ein Trägersubstrat mindestens eine Halbleiterschicht aufgebracht wird,
- wobei die mindestens eine Halbleiterschicht mit mindestens einem ersten Strahl bestrahlt wird,
- und wobei der erste Strahl eine Kristallisation der mindestens einen Halbleiterschicht unter Bildung eines Einkristalls oder unter Bildung einer Vielzahl von Einkristallen, vorzugsweise mit einer Länge größer als 1 Zentimeter oder größer als 10 Zentimetern, bewirkt,
- und wobei die mindestens eine Halbleiterschicht mit einem zweiten Strahl bestrahlt wird, der eine Aufweitung des mindestens einen Einkristalls bewirkt.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Halbleitermodul, insbe- sondere ein nach dem oben angegebenen Verfahren hergestelltes Halbleitermodul, enthaltend:
- ein Trägersubstrat, und
- mindestens eine vom Trägersubstrat getragene Halbleiterschicht,
- wobei die mindestens eine Halbleiterschicht entlang einer in einer ersten Richtung verlaufenden ersten Strecke monokristallin ist,
- wobei die mindestens eine Halbleiterschicht entlang einer in -einer zur ersten Richtung quer liegenden Querrichtung verlaufenden zweite Strecke monokristallin ist,
- wobei die erste Strecke länger als 1 Zentimeter oder länger als 10 Zentimeter ist,
- wobei die zweite Strecke länger als 1 Millimeter oder länger als 5 Millimeter oder länger als 1 Zentimeter ist, und - wobei die erste Richtung und die Querrichtung in einem Winkel von 90 Winkelgrad zueinander liegen. Die Erfindung betrifft auch eine Bestrahlungsanlage, insbesondere zum Durchführen des oben genannten Verfahrens oder insbesondere zum Herstellen des oben genannten Halbleitermoduls:
- mit einer Transportvorrichtung für Halbleitermodule, die eine Größe von mindestens einem halben Quadratmeter, von mindestens einem Quadratmeter oder von mindestens zwei Quadratmetern haben,
- mit einer ersten Bestrahlvorrichtung zum Bestrahlen des Halbleitermoduls, und
- mit einer zweiten Bestrahlvorrichtung, vorzugsweise zum gleichzeitigen Bestrahlen desselben Halbleitermodul .
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Strahlerzeugungsvor- richtung und ein zugehöriges Verfahren.
Es ist Aufgabe von Weiterbildungen der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleitermoduls anzugeben, insbesondere ein Verfahren mit dem möglichst einkristallines Mate- rial auf einfache Art hergestellt werden kann. Außerdem sollen ein zugehöriges Halbleitermodul und eine zugehörige Bestrahlungsanlage angegeben werden. Weiterhin sollen eine zugehörige Strahlerzeugungsvorrichtung und ein zugehöriges Verfahren angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Bezüglich des Halbleitermoduls und der Bestrahlungsanlage wird die Aufgabe durch das Halbleitermodul nach dem neben geordneten Anspruch bzw. durch die Bestrahlungsanlage nach dem weiteren neben geordneten Anspruch gelöst. Bezüglich der Strahlerzeugungsvorrichtung und des zugehörigen Verfahrens wird ebenfalls auf die nebengeordneten Ansprüche verwiesen. Es wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass es zahlreiche Einflussfaktoren gibt, die der Bildung von möglichst großen Einkristallen entgegen wirken, z.B.: - kein ausgeprägtes Temperaturminimum,
- zu stark ausgeprägtes Temperaturminimum,
- seitliche -Störungen durch andere Einkristalle usw. Deshalb wird hier der Weg beschritten möglichst viele dieser Ursachen zu beseitigen bzw. abzumindern. Es gelingt selbst unter Bedingungen die als Grauraum bezeichnet werden, d.h. mehr als bspw. 5000 Partikel oder mehr als 10000 Partikel pro Kubikmeter Luft, erheblich größere Einkristalle zu erzeugen als bisher, insbesondere im industriellen Maßstab. Das Verfahren kann aber natürlich auch unter Reinraumbedingungen durchgeführt werden.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Halbleitermoduls: - kann auf ein Trägersubstrat mindestens eine Halbleiterschicht aufgebracht werden,
- die mindestens eine Halbleiterschicht kann mit mindestens einem ersten Strahl bestrahlt werden,
- der erste Strahl kann eine Kristallisation der mindestens einen Halbleiterschicht unter Bildung eines Einkristalls oder einer Vielzahl von Einkristallen, vorzugsweise mit einer Länge größer als 1 Zentimeter oder größer als 10 Zentimeter, bewirken, wobei die Einkristalle vorzugsweise flächig ausgebildet sind, d.h. mit einer Schichtdicke von bspw. kleiner als 200 Mikrometer.,
- und wobei die mindestens eine Halbleiterschicht mit einem zweiten Strahl bestrahlt wird, der eine Aufweitung des mindestens einen Einkristalls bewirkt, wobei der Einkristall entweder aufgeweitet wird, nachdem er bereits auskristalli- siert ist oder wobei der Einkristall beim Auskristallisieren aus der Flüssigkeitsphase durch den zweiten Strahl aufgeweitet wird.
Nachdem das Halbleitermaterial durch den ersten Strahl ver- flüssigt worden ist, kommt es an der Stelle, die die niedrigste Temperatur hat, zu einem Kristallisieren. Die Nuklea- tionsrate beim Kristallisieren hat eine starke Abhängigkeit von der Temperatur, insbesondere in einer unterkühlten
Schmelze, d.h. unterhalb der Schmelztemperatur. Die Kristallisationsfront wird sich in Richtung des Temperaturgradienten bewegen. Vermieden werden sollen somit mehrere Stellen mit einem Temperaturminimum, Fremdpartikel, Blasen (z.B. H2) usw.
Durch eine geeignete Abstimmung des Temperaturgradienten senkrecht zur Bewegungsrichtung des Strahls können große Einkristalle erhalten werden, was unten näher erläutert ist.
Das Trägersubstrat kann ein Glassubstrat sein, insbesondere ein Niede-rtemperaturglas (temperaturbeständig unterhalb von 600 Grad Celsius) oder ein Hochtemperaturglas (temperaturbeständig auch oberhalb von 600 Grad Celsius), z.B. Borsili- katglas. Alternativ kann Quartz, Siliziumoxid, Plastik, Metall oder Kunststoff bzw. ein anderes geeignetes Material als Substrat verwendet werden. Insbesondere kann sogenanntes Floatglas verwendet werden. Typische Gläser sind Bor-Silikat- Glas oder Kalk-Natron-Glas {soda lime)
Das Trägersubstrat kann eine Größe haben, die größer als ein halber Quadratmeter, größer als ein Quadratmeter oder größer als zwei Quadratmeter ist. Die Intensität im ersten Strahl und/oder im zweiten Strahl wird so gewählt, dass kein Ablösen oder Entnetzen des geschmolzenen Bereichs bei der Bestrahlung auftritt.
Als Trägersubstrat wird hier auch ein so genanntes Superstrat betrachtet, das bspw. bei einer Solarzelle der Sonne zugewandt wird.
Die Halbleiterschicht kann Silizium enthalten, das bspw. vor der Bestrahlung amorph ist, insbesondere röntgenamorph (z.B. a-Si) , nanokristallin/mikrokristallin (kleiner 1 Mikrometer größte Kornausdehnung) oder polykristallin (größer 1 Mikrometer größte Kornausdehnung) . Alternativ können andere Halblei- termaterialien als Silizium verwendet werden, was unten näher erläutert ist.
Es kann ggf. mindestens eine Barriereschicht zwischen dem Trägersubstrat und der Halbleiterschicht bzw. den Halbleiterschichten verwendet werden, bspw. enthaltend eine Schicht aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid oder Siliziumkarbid oder einen Schichtstapel, insbesondere aus mindestens zwei der genannten Schichten. Die genannten Materialien können stöchiometrisch oder nicht stöchiometrisch sein. Auch Mischungen dieser Materialien können verwendet werden.
Die Halbleiterschicht kann auf das Trägersubstrat bzw. die optionale Barriereschicht aufgebracht werden, insbesondere abgeschieden oder aufgewachsen, wobei Verfahren wie CVD (chemische Dampfabseheidung) , Sputtern oder andere Verfahren verwendet werden können.
Der erste Strahl und/oder der zweite Strahl kann ein Strahl zum Übertragen der zum Schmelzen des Halbleitermaterials erforderlichen hohen Energie bzw. Energiedichte sein, insbesondere ein elektromagnetischer Strahl oder ein Teilchenstrahl, z.B. ein Elektronenstrahl. Der Strahl bietet die Möglichkeit, die Energie ohne große Energieverluste an die Stelle zu übertragen, . wo sie zum Bilden des Einkristalls benötigt wird.
Alternativ kann auch ein Wärmestrahl verwendet werden, der bspw. durch Lampen und einen fokussierenden Spiegel erzeugt wird, bspw. einen elliptischen Spiegel, was auch als Zonen- schmelzkristallisierung (Zone Melting Crystallization, ZMC) bezeichnet wird.
Der erste Strahl und/oder der zweite Strahl kann entlang einer Strecke auf dem Modul/Trägersubstrat bzw. relativ zum Modul geführt werden, die bspw. entlang einer geraden Linie verläuft, d.h. einer Geraden. Aber auch andere relative Bewegungsverläufe sind möglich.
Die durch den ersten Strahl und/oder durch den zweiten Strahl hervorgerufene Kristallisation kann eine Erstkristallisation sein, bspw. bei einem amorphen Halbleitermaterial. Alternativ kann die Kristallisation aber auch eine Rekristallisation sein, d.h. z.B. von mikrokristallin bzw. polykristallin zu möglichst großen Einkristallen.
Das Verwenden des ersten Strahls erlaubt es über eine vergleichsweise große Fläche bspw. erst einmal einen schmalen Einkristall in hoher Qualität herzustellen, der dann durch den zweiten Strahl später oder gleichzeitig lateral erweitert werden kann, bspw. unter Nutzung mindestens eines weiteren Laserstrahls .
Der erste Strahl erlaubt es außerdem, einen Einkristall mit vergleichsweise wenigen Kristallfehlern herzustellen, wie Zwillingskorngrenzen (Twins) , ggf. elektrisch unkritisch, und/oder Stapelfehler und/oder Versetzungen.
Beide Strahlen können optisch geführt werden und/oder das Modul wird bewegt. Wichtig ist die Relativbewegung zwischen Modul und Strahlen.
Ein kohärenter erster Strahl und/oder zweiter Strahl, insbesondere ein Laserstrahl {Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) oder ein MASER-Strahl {Microwave
Amplification by Stimulated Emission of Radiation) ermöglicht besonders hohe Energiedichten. Kohärente Strahlen ermöglichen außerdem eine starke Kollimation entlang der Ausbreitungsrichtung. Bei einem stärker auffächernden Strahl bzw. bei einem nicht kohärentem Strahl kann -bspw. auf die Ausbreitungsrichtung eines mittleren Strahlteils Bezug genommen werden. Die Schichtdicke der Halbleiterschicht auf dem Modul kann bspw. im Bereich von 1 Mikrometer bis 20 Mikrometer oder bis 25 Mikrometer, aber auch darunter oder darüber, liegen.
Im genannten Bereich der Schichtdicke kann ausreichend Raum für Lichtabsorption bei Solarmodulen gegeben sein, insbesondere wenn zusätzliche Maßnahmen hinsichtlich der Lichtausbeute getroffen werden, wie z.B. Rückseitenreflektor, licht- streuende Interfaces usw., was auch als "light trapping" bezeichnet wird.
Es wird demzufolge ein Verfahren angegeben, das für die industrielle Massenfertigung, von bspw. mehr als 10 Halbleiter- modulen oder mehr als 100 Modulen am Tag mit einer Fertigungslinie geeignet ist, insbesondere zur Herstellung von Solarmodule .
Der erste Strahl kann in einer Schnittebene, die im Winkel von 90 Winkelgrad zu der Ausbreitungsrichtung des ersten
Strahls liegt, und innerhalb der Schnittebene in einer -Querrichtung, die im Winkel von 90 Winkelgrad zu der relativen Bewegungsrichtung des ersten Strahls in Bezug auf das Trägersubstrat bzw. auf das Halbleitermodul liegt, in einem inneren oder mittleren Abschnitt eine kleinere Strahlungsintensität oder Teilchenintensität übertragen als in einem im Vergleich zu dem inneren oder mittleren Abschnitt weiter außen liegenden Abschnitt. Die Strahlungsintensität oder die Teilchenintensität an dem inneren oder mittleren Abschnitt kann um mindestens 1 Prozent, um mindestens 5 Prozent oder um mindestens 10 Prozent kleiner sein als die Strahlungsintensität oder die Teilchenintensität an dem weiter außen liegenden Abschnitt sein. Durch diese Strahlungsintensitäts- bzw. Teilchenintensitätsverteilung können möglichst große Einkristalle mit wenigen oder keinen Kristallfehlern erzeugt werden, wie Zwillings- korngrenzen (Twins) , die ggf. aber elektrisch nicht störend sind, Stapelfehler, Versetzungen, etc.
Die Strahlungsintensität kann der Bestrahlungsstärke entspre- chen und die Einheit Watt pro Quadratmeter haben, d.h. einer Energie pro Zeiteinheit und pro Fläche.
Die Energiedichte eines Strahls, insbesondere eines Laserstrahls, ist gut messbar (z.B. mit einem Strahlungsprofiler, insbesondere auf CCD Basis (Charged Coupled Device) ) , bspw. zum Einstellen der Intensität des Strahls.
Die Strahlungs-Intensität bzw. die Teilchenintensität wird bspw. zu einem bestimmten Zeitpunkt ermittelt. Alternativ kann über einen Zeitabschnitt gemessen oder erfasst werden. Die Strahlungs-Inten-sität kann auf gleiche Bezugslängen oder auf gleiche Bezugsflächen bezogen werden.
Der relevante Faktor kann im Wesentlichen die gesamte Strah- lungsenergiemenge sein, die von dem Halbleitermaterial aufgenommen wird während des Bestrahlens bzw. Abtastens durch den Strahl .
Ein erster Strahl mit einer kleineren Strahlungsintensität oder Teilchenintensität in der Mitte lässt sich bspw. über eine kreisscheibenförmige Blende bzw. ein den Strahldurchgang dämpfendes kreisscheibenförmiges Element erzeugen, insbesondere ein Element, dessen innerer bzw. mittlerer Teil abgedunkelt bzw. nur teil- bzw. undurchlässig für den Strahl ist oder energieabschwächende Eigenschaften hat, und das bspw. von einem noch durchlässigerem Rand bzw. einem noch durchlässigerem Gebiet umgeben ist. Die Transmission kann im dämpfenden Element bspw. kleiner als 1 Prozent, kleiner als 5 Prozent, kleiner als 10 Prozent bzw. kleiner als 20 Prozent im Vergleich zum äußeren Gebiet sein. Aber auch andere Blendenformen sind möglich, z.B. Halbkreis, Kreissegment, Kreissek- tor, Ellipsenscheibe, Halbellipse, Ellipsensegment, Ellipsensektor usw.
Zur Erzeugung des ersten Strahls und/oder des zweiten Strahls kann jeweils ein Halbleiterlaser oder ein Argon Laser verwendet werden bzw. einer der unten genannten Laser.
Die Substrattemperatur kann bei dieser Bestrahlung bspw. im Bereich von 400 Grad Celsius bis 800 Grad Celsius bzw. bis 850 Grad Celsius liegen, insbesondere erzielt durch Vorheizen. Der Strahl kann in einem Querschnitt quer (z.B. 90 Winkelgrad) zur Ausbreitungsrichtung eine Strahllänge von 10 Mikrometern bis zu bspw. 3 Zentimetern haben. Ein Laserstrahl ist ein kohärenter Strahl, der die oben genannten Eigenschaften kohärenter Strahlen hat.
Der erste Strahl kann ein auf einem geschlossenen Umlauf liegendes Intensitätsmaximum in einer Schnittebene enthalten, die im Winkel von 90 Winkelgrad zu der Ausbreitungsrichtung des ersten Strahls liegt, und das Intensitätsmaximum kann vorzugsweise mindestens ein lokales Intensitätsminimum umgeben. Das Intensitätsmaximum kann vorzugsweise entlang einer Kreislinie, auf einer Ellipsenlinie oder auf einer Umlaufli- nie liegen, die zwei zueinander parallel liegende Linien enthält, die ihrerseits durch zwei halbkreisförmige Linien an ihren Enden verbunden sind. Alternativ kann das Intensitätsmaximum entlang des Umlaufs maximal weniger als 10 Prozent der maximalen Ausdehnung des geschlossenen Umlaufs von einer dieser Linien entfernt liegen.
Diese Strahlformen sind vergleichsweise einfach zu erzeugen, bspw. unter Einsatz von kreisrunden oder elliptischen optischen Filterelemente, die Überlagerung von Moden, usw., ggf. verbunden mit einer unterschiedlichen bspw. optischen AufWeitung in zwei zueinander im rechten Winkel liegenden Richtungen. Die Verwendung dieser Formen führt zu Kristallisierungs- grenzen mit einem Verlauf, der das Wachsen von breiten Einkristallen begünstigt. Alternativ können andere Strahlformen verwendet werden, die zumindest eine Hälfte der genannten Formen enthalten, vorzugsweise der Hälfte, die der Kristallisierungsgrenze zugewandt ist.
Alternativ kann der Strahl im Querschnitt zur Ausbreitungsrichtung einen linienförmigen Verlauf mit einem Intensitätsminimum an einem inneren Punkt oder einem mittleren Punkt haben. Der linienförmige erste Strahl kann durch die Überlagerung der Strahlen von mindestens 3 oder mindestens 5 Strahlungsquellen erzeugt werden. Es kann bspw. ein Strahl verwendet werden, der mit einem Laser der Firma LIMO Lissotschenko Mikrooptik GmbH erz-eugt wird, wobei eine zusätzliche Dämpfung der Energie im mittleren Bereich erfolgen kann. Der linsenförmige Strahl ist bspw. mindestens 10 Mal so lang wie breit, wobei bspw. auf FWHM (Füll Width Half Maximum) , 4Dsigma, oder ein anderes Maß zur Beschreibung einer Strahlabmessung Bezug genommen wird. Die Breite des Strahls kann im Bereich von 100 Mikrometer bis 300 Mikrometer liegen.
Die durch den ersten Strahl hervorgerufene Kristallisation kann an einer Kristallisationsg-renze zwischen einem flüssigem Gebiet und einem festen Gebiet der mindestens einen Halbleiterschicht stattfinden. Die Kristallisationsgrenze kann einen Verlauf haben, der seine Krümmungsrichtung an der Oberfläche der mindestens einen Halbleiterschicht vorzugsweise mindestens zwei Mal oder mindestens drei Mal oder genau drei Mal ändert. Ein Teil des festen Gebiets kann an einem auf einer Seite eines inneren Abschnitts der Kristallisationsgrenze liegenden Abschnitt der Kristallisationsgrenze konvex sein. Vorzugsweise kann ein anderer. Teil des festen Gebiets auf der anderen Seite des inneren Abschnitt an einem weiteren Abschnitt der Kristallisationsgrenze ebenfalls konvex sein. Der innere Abschnitt kann an einem weiteren Teil des festen Gebiets dagegen konkav sein. Vorzugsweise können die genannten Abschnitte aneinander grenzen, wobei der innere Abschnitt von den beiden anderen Abschnitten umgeben ist, die dann Randabschnitte zu dem inneren Abschnitt der Kristallisationsgrenze bilden. An der Kristallisationslinie bzw. an dem Kristallisationsgebiet liegt die Grenze zwischen flüssigem und festen Material der Halbleiterschicht.
Die Kristallisationsgrenze kann auf Grund der unterschiedli- chen Reflexion bzw. Absorption von flüssigem und festem Silizium gut erfasst werden, insbesondere wenn der erste Laserstrahl bzw. der erste Strahl bzw. beide Strahlen bei einer Fotoaufnahme ausgeblendet wird/werden. Die Kristallisationsgrenze ist auch gut erfassbar, wenn der erste Strahl bzw. beide Strahlen ausgeschaltet wird, weil dann die Kristallisierung genau an der Kristallisationsgrenze aufhört, d.h. es liegt eine Momentaufnahme der Kristallisationsgrenze vor.
Die konkave Form der Kristallisationsgrenze kann ein ausge- zeichnetes Wachstum eines Einkristalls bewirken.
Die konvexe Form an den Rändern begünstigt dort die Bildung von Randkristallen, die jedoch ggf. nicht die benötigte Kristallrichtung haben und/oder nicht die benötigten lateralen Abmessungen haben. Das Wachstum der Randkristalle kann jedoch auf Grund der genannten Strahlformen des ersten Strahls nach ausreichend kurzen Strecken abreißen. Auch kann das Wachstum der Randkristalle bspw. durch den angrenzenden erzeugten Einkristall gebremst werden, ohne hier jedoch durch die Theo- rie im Schutzbereich begrenzt zu sein. Die Randkristalle können von dem zweiten Strahl nochmals aufgeschmolzen werden und sich damit ggf. an den Einkristall bzw. an die Einkristalle anschließen. Auch ein Verfahren ohne Bildung von Randbereichen ist möglich, was unten näher erläutert wird.
Die Verflüssigung des Halbleitermaterials tritt bei amorphem Silizium bspw. oberhalb von 1200 Grad Celsius ein. Bei kri- stallinem Silizium liegt der Schmelzpunkt bspw. bei 1414 Grad Celsius. Unterhalb dieser Temperatur kommt es zum Erstarren bzw. zur Kristallbildung. Aufgrund der im Vergleich zum Halbleitermodul vergleichsweise kleinen Bestrahlfläche zu einem bestimmten Zeitpunkt wird eine Aufheizung des Substrats vermieden, insbesondere eine großflächige Aufheizung, die zu einer Schädigung führen kann.
Konvex wird hier in dem üblichen Sinne gebraucht, d.h. Tan- genten an die Kristallisierungskurve bzw. -grenze liegen in der Nähe des jeweiligen Berührungspunktes im festen Bereich des Halbleitermaterials. Konkav, wird hier ebenfalls in dem üblichen Sinne gebraucht, d.h. Tangenten an die Kristallisierungskurve liegen in der Nähe des Berührungspunktes im flüs- sigen Bereich des Halbleitermaterials.
Es kann eine vergleichsweise kontinuierliche Krümmungsände- rung entlang des gesamten Verlaufs der Kristallisierungsgrenze geben. Die Radien der Krümmung können bspw. im gesamten Verlauf z.B. größer als bspw. 10 Mikrometer sein. Aber auch ein stückweise linearer Kurvenverlauf bzw. ein Wechsel von linearen Abschnitten und gekrümmten Abschnitten usw. ist möglich, d.h. sehr kleine Krümmungsradien, z.B. kleiner als 5 Mikrometer an den Stellen zwischen den linearen Abschnitten.
Die oben erwähnte Kristallisationslinie bzw. die Kristallisierungsgrenze kann an der Oberfläche der Halbleiterschicht liegen, insbesondere an derjenigen Oberfläche, die vom Trägersubstrat weg zeigt, d.h. bspw. an der freien Oberfläche. Die Kristallisierungsgrenze kann sich aber auch in das Halbleitermaterial hinein als Fläche erstrecken.
Bei einer zweiten Art der Beschreibung der Kristallisierungsgrenze wird auf eine Symmetrielinie Bezug genommen. Der inne- re Abschnitt kann durch die zwei größten Abstände von Orten auf der Kristallisierungslinie von einer Symmetrielinie begrenzt werden, wobei die Symmetrielinie vorzugsweise in einem Querschnitt quer zur Ausbreitungsrichtung des ersten Strahls in einer Längsrichtung des bestrahlten Bereiches liegt.
Der innere Abschnitt kann bei seiner Projektion auf eine Richtung parallel zu der relativen Bewegungsrichtung des ersten Strahls in Bezug auf das Modul eine erste Länge haben. Der innere Abschnitt kann bei seiner Projektion auf eine Richtung im Winkel von 90 Winkelgrad zu der relativen Bewegungsrichtung des ersten Strahls bzw. zu der Richtung einer Relativbewegung zwischen dem ersten Strahl und dem Trägersubstrat eine zweite Länge haben. Die zweite Länge kann mindestens so groß, mindestens doppelt so groß, mindestens drei Mal so groß oder mindestens 10 Mal so groß wie die erste Länge sein.
Das Verhältnis der ersten Länge zu der zweiten Länge kann bspw. im Bereich von 1:40 bis 1:4 liegen.
Die Folge ist ein lang gestreckter und damit auseinander gezogener innerer Abschnitt der durch den ersten Strahl erzeugten Kristallisierungslinie und damit ein breiter Einkristall, im Vergleich zu einem stärker gekrümmten inneren Abschnitt . Der Abstand zwischen den beiden Enden des inneren Abschnitts kann mindestens 40 Mikrometer, mindestens 100 Mikrometer, mindestens 1 Millimeter, mindestens 1 Zentimeter oder mindestens 3 Zentimeter betragen. Eine obere -Grenze kann bspw.
durch die Möglichkeit, den ersten Strahl zu formen, begrenzt sein. Somit lässt sich ein breiter Einkristall auf dem Trägersubstrat ziehen, das selbst nicht oder nicht vollständig einkristallin ist.
Der innere Abschnitt kann bei seiner Projektion auf eine Richtung parallel zu der relativen Bewegungsrichtung des ersten Strahls in Bezug auf das Trägersubstrat bzw. auf das Modul eine erste Ausdehnung haben, die mindestens 1 Mikrome- ter oder mindestens 2 Mikrometer oder mindestens 3 Mikrometer beträgt. Vorzugsweise kann die erste Ausdehnung kleiner als 30 Prozent oder kleiner als 10 Prozent einer zweiten Ausdehnung sein, die der innere Abschnitt bei einer Projektion auf eine im Winkel von 90 Winkelgrad zu der relativen Bewegungsrichtung des ersten Strahls liegenden Richtung hat. Die erste Ausdehnung kann kleiner als 30 Mikrometer oder kleiner als 20 Mikrometer oder kleiner als 15 Mikrometer oder kleiner als 10 Mikrometer sein.
Die Projektionen können bspw. wieder in einer Ebene ausgeführt werden, in der die Oberfläche der Halbleiterschicht liegt . Ziel kann es wieder sein, einen möglichst breiten Einkristall zu ziehen, so dass ein Wert für die projizierte erste Länge gewählt werden kann, der noch das sichere Wachsen des Einkristalls ermöglicht. Obwohl die genannte Untergrenzen sehr klein sind, können sie für ein einkristallines Wachstum ausreichend sein. Auf jeden Fall wird gezielt eine konkave Form verwendet, die von zufälligen Ungleichmäßigkeiten abweicht, wie sie bspw. bei einer gerade Kristallisationslinie auftreten könnten. Erst recht besteht ein Unterschied zu einer konvexen Kristallisationsgrenze.
Der erste Strahl und/oder der zweite Strahl kann kontinuierlich strahlen, insbesondere für eine Zeit, in der er über eine Strecke geführt wird, die bspw. länger als 1 Zentimeter oder länger als 10 Zentimeter ist. Mit dem sogenannten Dauerbetrieb (cw continuous wave) lassen sich sehr gute Kristallisationsergebnisse erzielen. Kontinuierlich kann auch bedeuten, dass die Zeit, in der Laserstrahl ununterbrochen
strahlt, z.B. größer als eine Sekunde ist, oder auch größer als 5 Sekunden. Eine Obergrenze kann bspw. durch die für die Bestrahlung einer Modulseitenlänge erforderliche Zeit bzw. durch die für die Bestrahlung des gesamten Trägersubstrats bzw. Moduls erforderliche Zeit gegeben sein. Alternativ können mehrere Trägersubstrate bzw. Module ohne Unterbrechung der Abstrahlung des Lasers bestrahlt werden.
Der Einkristall bzw. die gebildeten langen Einkristalle können wenig Kristallfehler enthalten. Die Richtung des Kristalls bzw. der mehreren Kristalle, d.h. die Richtung der Kristallausrichtung bzw. Kristallorientierung, kann zufällig sein oder vorgegeben.
Eine groß-polykristalline Struktur kann für viele Anwendungen ausreichend sein, bspw. wenn die Korngröße die mittlere Diffusionslänge der Ladungsträger um ein Mehrfaches überschrei- tet, z.B. um mehr als das Doppelte oder um mehr als das Dreifache, insbesondere wenn die Korngröße (z.B. Kornlänge) größer als 200 Mikrometer oder größer als 600 Mikrometer ist.
Der erste Strahl und/oder der zweite Strahl kann eine elekt- romagnetische Strahlung übertragen, insbesondere eine kohärente Strahlung und/oder insbesondere eine Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 100 Nanometer bis 1600 Nano- meter (1, 6 Mikrometer) , vorzugsweise im Bereich von 400 Nanometer bis 1200 Nanometer.
Im genannten Wellenlängenbereich absorbieren viele Halbleitermaterialien gut, so dass die Laserleistung gut genutzt wird. Beachtet werden kann bei der Frequenzauswahl, dass sich das Absorptionsverhalten von Silizium oder anderen Halblei- termaterialien mit zunehmender Temperatur verändert. Diese Substrattemperaturen können bspw. durch Vorheizen erzielt werden.
Eine Kohärenz, d.h. gleiche Schwingungsphasen der Wellen im Strahl, kann zu hohen Energiedichten führen und zu Strahlbündeln mit annähernd parallelem Strahlenverlauf innerhalb des Strahlbündels. Werte im Bereich von 450 Nanometer bis 600 Nanometer oder in einem anderen Bereich, d.h. etwa blaues Licht bis oranges Licht im Farbspektrum, können bspw. durch Frequenzverdopplung der Frequenz eines Laserstrahls erreicht werden. In diesem Zusammenhang wird auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
Der erste Strahl und/oder der zweite Strahl kann auch ein Elektronenstrahl oder ein Wärmestrahl sein.
Der erste Strahl kann eine Kristallisation in einem nach der Kristallisation einkristallinem Gebiet bewirken, das im Winkel von 90 Winkelgrad zu einer relativen Bewegungsrichtung zwischen dem ersten Strahl und dem Trägersubstrat bzw. dem Modul eine Ausdehnung von mindestens 100 Mikrometern, von mindestens 1 Millimeter, von mindestens einem Zentimeter oder von mindestens 3 Zentimetern hat, insbesondere bei nur einem Strahldurchlauf bzw. Strahllauf. Die Obergrenze kann durch die zur Verfügung stehende Laserleistung bestimmt sein und/oder die jeweiligen Strahlformungsmöglichkeiten.
Die Firma LIMO Lissotschenko Mikrooptik GmbH, Deutschland, vertreibt bereits im Jahr 2013 Laser, die z.B. homogene La- serstrahlen mit einer Länge von 30 Zentimetern, 50 Zentimetern und größer haben. In Zukunft sind auch noch längere Laserlinien zu erwarten. Bspw. werden Teillaserstrahlen unter Verwendung von mehreren Laser"barren" erzeugt. Diese Teillaserstrahlen werden dann einander überlagert, so dass sich zunächst vorhandene Ungleichmäßigkeiten ausmitteln, wobei die Energiedichte erhöht wird.
Durch eine Modifizierung dieser Laser, im einfachsten Fall bspw. durch Abschattung bzw. Abschwächung der "Laserlinie" in ihrem mittleren Teil kann eine Laserlinie generiert werden, die das Ziehen eines Ursprungseinkristalls gestatten kann. Dadurch kann ggf. der oben erwähnte Verlauf der Kristallisa- tionslinie bzw. des Kristallisationsgebietes erzeugt werden. Diese Laserlinien können ggf. für den ersten Strahl verkürzt werden.
Andere Möglichkeiten zur Erzeugung eines geeigneten ersten Laserstrahls sind ebenfalls oben erläutert bzw. werden unten an Hand der Figur 3 erläutert.
Zwischen dem ersten Strahl und dem Trägersubstrat/Modul kann eine erste relative Bewegungsrichtung verwendet werden. Zwischen dem zweiten Strahl und dem Trägersubstrat/Modul kann eine zweite relative Bewegungsrichtung verwendet werden. Die zweite Bewegungsrichtung kann parallel zu der ersten Bewegungsrichtung sein, d.h. zu der relativen Bewegungsrichtung bzw. der Richtung der Relativbewegung zwischen Trägersubstrat/Modul und erstem Strahl, wobei das Modul der feste Bezugspunkt ist.
Durch den. zweiten Strahl wird ein bereits auf dem Modul vorhandenes einkristallines Gebiet aufgeweitet. Das einkristalline Gebiet kann direkt mit dem ersten Strahl erzeugt worden sein, oder bereits zuvor mit einem weiteren Strahl aufgeweitet worden sein, der bspw. die gleiche Form wie der zweite Strahl hatte. Wird nur einmal auf einer Seite des Einkristalls bzw. der Einkristalle aufgeweitet, so entstehen weniger Kristallfehler als beim Mehrfachen aufweiten.
Der erste . Strahl und auch der zweite Strahl können entlang einer zweiten Strecke geführt werden, die mindestens ein Meter lang ist.
Der zweite Strahl kann das Halbleitermodul gleichzeitig mit dem ersten Strahl oder nach der Bestrahlung mit dem ersten Strahl bestrahlen.
Der zweite Strahl kann ein linienförmiger Strahl sein, d.h. dass seine Länge bspw. mindestens 10 Mal so lang wie seine Breite ist, wobei wieder auf FWHM (Füll Width Half Maximum) , D4sigma oder ein anderes Maß Bezug genommen wird. Der linien- förmige zweite Strahl kann insbesondere unter Verwendung mehrerer Strahlquellen erzeugt werden. Die Breite kann im Bereich von 100 Mikrometer bis 300 Mikrometer liegen. Vorzugsweise kann sich der zweite Strahl auf der Halbleiterschicht entlang einer Geraden vom durch den ersten Strahl bestrahlten Gebiet weg erstreckt, wobei die Gerade mit der ersten Bewegungsrichtung einen Winkel im Bereich von 91 Win- kelgrad bis 179 Winkelgrad oder im Bereich von 91 Winkelgrad bis 150 Winkelgrad bildet, insbesondere unter Beachtung des Richtungssinns. Andere Neigungswinkel sind aber auch möglich.
Es kann einen Überlapp der beiden durch die beiden Strahlen erzeugten Kristallisationsbereiche geben, insbesondere nur einen kleinen Überlapp, der bspw. kleiner als 10 Prozent der Länge des zweiten Kristallisationsbereichs ist. Gibt es einen mehrkristallinen Randbereich, insbesondere erzeugt durch eine vorhergehende Bestrahlung, so kann der Überlapp mindestens die Breite dieses Randbereiches betragen, um den Randbereich zu schmelzen und bei der Kristallisation das Wachstum des Einkristalls in einen Bereich hinein zu ermöglichen, in dem vorher der Randbereich angeordnet gewesen war. Der zweite Strahl kann eine andere Strahlform und/oder mindestens eine andere Strahlabmessung als der erste Strahl haben. Vorzugsweise kann der zweite Strahl eine Kristallisationsgrenze erzeugen, die im Vergleich zu einer Kristallisationsgrenze des ersten Strahls mindestens die dreifache oder mindestens die zehnfache oder mindestens die hundertfache Länge hat. Mit dem erstem Strahl kann ein Einkristall bzw. können möglichst große Kristalle mit besonders wenigen Kristallfehlern kristallisiert werden, von dem/denen ausgehend dann mit dem zweiten Strahl auf einfachere Art weiter kris- tallisiert werden kann, insbesondere mit einer größeren
Wachstumsbreite des Einkristalls bzw. der Einkristalle im Vergleich zu der mit dem ersten Strahl erzielten Wachstumsbreite .
Alternativ kann sich auch auf die größte Strahlausdehnung bezogen werden, d.h. drei Mal, 10 Mal oder 100 mal größer im Vergleich beider Strahlen.
Der zweite Strahl kann bspw. mit dem oben erwähnten homogenen LIMO Laser erzeugt werden oder mit einem entsprechend geeig- neten Laser einer anderen Firma, wobei insbesondere keine
Modifikation erforderlich sein kann. Die Ausdehnung des zweiten Strahls in einer Richtung quer bzw. im Winkel von 90 Grad zu der Ausbreitungsrichtung des zweiten Strahls kann insbesondere mindestens 20 Zentimeter oder mindestens 50 Zentime- ter sein. Eine obere Grenze ergibt sich bspw. durch die Anforderungen an die Homogenität der Intensitätsverteilung bzw. durch die Breite des Trägersubstrats bzw. die Modulbreite (Halbleitermodul, Solarmodul) . Eine Abschwächung der Strahlungsintensität kann für den zweiten Strahl nicht erforder- lieh sein.
Der zweite Strahl kann auf das Trägersubstrat bzw. auf das Halbleitermodul strahlen, während der erste Strahl auf das Trägersubstrat bzw. auf das Halbleitermodul strahlt. Der zweite Strahl kann aber auch erst später verwendet werden, bspw. wenn das Trägersubstrat bzw. das Halbleitermodul bereits an einer weiteren Bearbeitungsstation bearbeitet wird. Eine gleichzeitige Bestrahlung kann zu einer kompakten Fertigungsstraße mit kurzen Durchlaufzeiten führen.
Der zweite Strahl kann an der oder an einer Kristallisationsgrenze des ersten Strahls angrenzend geführt werden. Ein Abstand zwischen der Kristallisationsgrenze des ersten
Strahls kann im Bereich von 0 Millimetern oder 1 Millimeter bis zu 3 Millimetern liegen. Wenn kein Abstand vorhanden ist, wird eine zweite Kristallisation vermieden. Bei sehr kleinem Abstand wird eine entsprechende Wirkung erreicht, da der kristallisierte Bereich noch nicht wieder abgekühlt ist.
Der erste Strahl und der zweite Strahl können einander über- läppen, vorzugsweise in einem Bereich, in dem mindestens 10 Prozent oder mindestens 30 Prozent der maximalen Strahlungsintensität des ersten Strahls vorhanden sind. Dies kann einen positiven Effekt auf die Aufweitung des Einkristalls haben. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite Strahl einen durch den ersten Strahl verflüssigten Bereich der Halbleiterschicht bestrahlen, bevor dieser Bereich wieder kristallisiert. Dies kann wiederum einen positiven Effekt auf die Aufweitung des Einkristalls haben.
Der zweite Strahl kann in einer Richtung eine maximale Ausdehnung haben. Der zweite Strahl kann in einer im Winkel von 90 Winkelgrad zu dieser Richtung liegenden zweiten Richtung eine zweite Ausdehnung haben. Die zweite Ausdehnung kann höchstens 30 Prozent, höchstens 20 Prozent oder höchstens 10 Prozent der maximalen Ausdehnung betragen. Damit ist der zweite Strahl lang gestreckt und führt zu einer großen Aufweitung des durch den ersten Strahl erzeugten Einkristalls bzw. der durch den ersten Strahl erzeugten Einkristalle. Bei den Ausdehnungen kann wieder auf FWHM (Füll Width Half Maximum) , 4Dsigma oder ein anderes geeignetes Maß Bezug genommen werden.
Der zweite Strahl kann ein Linienstrahl bzw. ein linienförmi- ger Strahl sein, der durch die Überlagerung der Strahlen von mindestens 3 oder mindestens 5 Strahlungsquellen erzeugt wird. Selbst beim Ausfall einer Strahlungsquelle kann der
Strahl noch hochqualitatives Halbleitermaterial produzieren.
Von einem linienförmigen Strahl wird bspw. gesprochen, wenn die Länge mindestens der 10-fachen Breite entspricht, wobei wieder auf FWHM, 4Dsigma o.ä. Maße Bezug genommen werden kann. Es können auch mehr als zwei Strahlen zur Bestrahlung desselben Moduls verwendet werden, bspw. gleichzeitig oder nacheinander.
Der zweite Strahl kann auf einem Intensitätsplateau eine homogene Intensitätsverteilung haben, wobei sich das Intensitätsplateau über eine Länge erstrecken kann, die mindestens 50 Prozent oder mindestens 80 Prozent der Länge des zweiten Strahls, bspw. auf der Halbleiterschicht, entspricht. Das
Ende des zweiten Strahls kann bspw. bei 10 Prozent des Maximalwertes der Intensität in dem zweiten Strahl festgelegt werden. Von einem linienförmigen Strahl wird bspw. wieder gesprochen, wenn die Länge mindestens der 10-fachen Breite entspricht, wobei wieder auf FWHM, 4Dsigma o.ä. Maße Bezug genommen werden kann.
Diese Anforderungen werden bspw. von Lasern u.a. -der Firma LIMO schon im Jahr 2013 erfüllt. Die angesprochene Homogeni- tät kann eine gleich bleibende Materialqualität bei ausreichender Defektdichte sicherstellen.
Die Abweichung der Intensität auf dem Plateau kann bspw.
kleiner als 5 Prozent, kleiner als 2,5 Prozent oder kleiner als 1 Prozent Abweichung von einem Maximalwert der Intensität auf dem Plateau betragen. Je kleiner diese Abweichung ist, um so höhere Qualität kann der Einkristall haben.
Insbesondere auch der erste Strahl kann in einer Richtung eine maximale Ausdehnung haben, wobei der Strahl in einer im Winkel von 90 Winkelgrad zu dieser Richtung liegenden zweiten Richtung eine zweite, Ausdehnung haben kann. Die zweite Ausdehnung kann höchstens 30 Prozent, höchstens 20 Prozent oder höchstens 10 Prozent der maximalen Ausdehnung betragen. Die Ausdehnung des ersten Strahls kann bspw. dort enden, wo 10
Prozent des maximalen Wertes der Energiedichte erreicht sind. Alternativ kann auf FWHM, 4Dsigma o.ä. Maße Bezug genommen werden.
Für den ersten Strahl kann sich ein Intensitätsprofil ergeben, das einem Auseinanderziehen eines bspw. kreisringförmigen Intensitätsprofils mit Intensitätsminimum in der Mitte entspricht. Im Gegensatz zu der Verwendung eines Gaußvertei- lungsintensitätsprofils bzw. einer glockenförmigem Intensitätsverteilung mit Intensitätsmaxima in der Mitte des Energiestrahls bzw. Strahls kann so auf einfache Art ein langer und breiter Einkristall bzw. können eine Vielzahl solcher Einkristalle wachsen, insbesondere weil das Kristallwachstum von kalt nach warm erfolgt, d.h. auf diese Weise von innen nach außen. Bei einem Gaußprofil würden kleine Randkristalle von außen nach innen gezogen werden.
Insbesondere im Zusammenhang mit der oben erwähnten besonderen Intensitätsverteilung/Teilchenintensitätsverteilung bzw. der oben erwähnten, Form der Kristallisierungsgrenze kann bspw. im Vergleich zu einem Kreisring hoher Energiedichte bei gleicher Laserleistung ein breiterer Bereich kristallisiert werden, insbesondere mit hoher Qualität, d.h. bspw. weniger Kristallfehlern.
Die Halbleiterschicht oder ein zu kristallisierender Halbleiterschichtstapel kann eine Schichtdicke im Bereich von einem Mikrometer bis zu 25 Mikrometern oder im Bereich von 2 Mikrometern bis zu 20. ikrometern haben. Es kann eine besonders gute Kristallisierung in diesem Bereich der Schichtdicke möglich sein.. Außerdem ist der Bereich insbesondere für Solarzellen geeignet, d.h. für Dünnschichtsolarzellen. Ggf. kann auf den mit dieser Schichtdicke erzeugten Einkristall (en) durch Epitaxie auch eine Aufweitung des Einkristalls bzw. der mehreren Einkristalle hin zu größeren Schichtdicken erfolgen, die bspw. für integrierte Schaltkreise bzw. für andere Solarzellen als Dünnschichtsolarzellen besser geeignet sind. Bezüglich der Materialien für die Halbleiterschicht, für das Trägersubstrat und ggf. für eine zusätzliche Barriereschicht wird auf die oben stehenden Ausführungen verwiesen. Auch bezüglich der Größe des Halbleitermoduls wird auf die oben genannten Größenangaben verwiesen.
Der mindestens eine Einkristall kann eine Länge größer als 1 Zentimeter oder größer als 10 Zentimeter haben, was -zu sehr guten elektrischen Eigenschaften bspw. eines Solarmoduls führt.
Ein Halbleitermodul, insbesondere ein nach einem der oben erläuteten Verfahren hergestelltes Halbleitermodul, kann enthalten:
- ein Trägersubstrat, und
- mindestens eine vom Trägersubstrat getragene Halbleiterschicht,
- wobei die mindestens eine Halbleiterschicht entlang einer in einer ersten Richtung verlaufenden ersten Strecke monokristallin ist,
- wobei die mindestens eine Halbleiterschicht entlang einer in einer zur ersten Richtung quer liegenden Querrichtung verlaufenden zweiten Strecke monokristallin ist,
- wobei die erste Strecke länger als 1 Zentimeter oder länger als 10 Zentimeter ist,
- wobei die zweite Strecke länger als 1 Millimeter oder länger 5 Millimeter oder länger als 1 Zentimeter ist, und
- wobei die erste Richtung und die Querrichtung in einem Winkel von 90 Winkelgrad zueinander liegen.
Ggf. kann eine optionale Barriereschicht zwischen dem Trägersubstrat und dem Halbleitersubstrat angeordnet sein. Die Strecken können insbesondere Geraden sein. Es gelten analog die oben für das Verfahren und seine Weiterbildungen angegebenen technischen Wirkungen. Das Halbleitermodul kann eines der folgenden Module sein:
- ein Solarmodul, insbesondere ein Dünnschichtmodul, wobei das Halbleitermaterial insgesamt dünner als 300 Mikrometer, dünner als 100 Mikrometer, oder sogar dünner als 10 Mikrome- ter ist.
- ein Flachbildschirm, insbesondere ein TFT (Thin Film Transistor) Bildschirm,
- aber auch ein Träger für eine Vielzahl von integrierten Schaltkreisen.
Es können die oben bzw. weiter unten genannten Halbleitermaterialien verwendet werden. Das Halbleitermodul kann insbesondere eben sein. Das Trägersubstrat kann eines der oben genannten Substrate sein, insbesondere ein Glassubstrat, z.B. ein Niedertemperaturglas, das bspw. nur bis etwa 500 Grad Celsius oder 600 Grad Celsius mechanisch stabil ist.
Das Solarmodul kann insbesondere nur eine Solarzellenschicht enthalten. Alternativ kann es mehrere Solarzellenschichten enthalten, die übereinander angeordnet sind, wie es bspw. von einer so genannten Tandemzelle oder Tripelzelle bekannt ist, wobei die einzelnen Solarzellenschichten jeweils für voneinander verschiedene Wellenlängenbereiche ausgelegt bzw. optimiert sind.
Eine Bestrahlungsanlage, insbesondere zum Durchführen eines der oben genannten Verfahren oder insbesondere zum Herstellen des oben genannten Halbleitermoduls bzw. einer seiner Weiterbildungen, kann enthalten:
- eine Transportvorrichtung für Halbleitermodule, die eine Größe von mindestens einem halben Quadratmeter, von mindestens einem Quadratmeter oder von mindestens zwei Quadratmetern haben,
- eine erste Bestrahlvorrichtung zum Bestrahlen des Halblei- termoduls, und
- eine zweite Bestrahlvorrichtung, insbesondere zum gleichzeitigen Bestrahlen desselben Halbleitermoduls. Weiterhin können zugehörige Steuerungen bzw. Regelungen vorgesehen sein, insbesondere zum Beeinflussen der abgegebenen bzw. aufgenommenen Laserleistung.
Bei einer Ausgestaltung dienen beide Bestrahlvorrichtungen der gleichzeitigen Bestrahlung desselben Moduls, um so bspw. eine kompakte Fertigungslinie zu erhalten. Es gelten für die Bestrahlungsanlage bzw. deren Weiterbildungen die oben genannten technischen Wirkungen entsprechend.
Außerdem wird eine Strahlerzeugungsvorrichtung angegeben, die insbesondere zum Erzeugen des ersten Strahls in einem oben angegebenen Verfahren oder insbesondere zum Herstellen des oben genannten Halbleitermoduls oder insbesondere zum Einsatz in der oben genannten Bestrahlungsanlage vorgesehen ist. Ein von der Laserstrahlerzeugungsvorrichtung erzeugter Strahl kann ein auf einem geschlossenen Umlauf liegendes Strahlungs- Intensitätsmaximum in einer Schnittebene enthalten, die im Winkel von 90 Winkelgrad zu der Ausbreitungsrichtung des Strahls liegt, vorzugsweise innerhalb des Umlaufs mindestens ein lokales Intensitätsminimum umgebend. Das Intensitätsmaximum kann entlang einer Ellipsenlinie oder auf einer Umlaufli- nie liegen, die zwei zueinander parallel liegende Linien enthält, die durch zwei halbkreisförmige Linien an ihren Enden verbunden sind. Das Intensitätsmaximum kann auch entlang des Umlaufs maximal weniger als 10 Prozent der maximalen Ausdehnung des geschlossenen Umlaufs von einer dieser Linien entfernt liegen. Es gelten die oben genannten technischen Wirkungen.
Alternativ kann ein von der Laserstrahlerzeugungsvorrichtung erzeugter Strahl im Querschnitt zur Ausbreitungsrichtung einen linienförmigen Verlauf mit einem Intensitätsminimum an einem inneren Punkt oder einem mittleren Punkt hat. Es gelten die oben genannten technischen Wirkungen. Bei allen Strahlvarianten des ersten Strahls kann insbesondere mit oder ohne zweitem Strahl gearbeitet werden. Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Halbleitermoduls kann:
- auf ein Trägersubstrat mindestens eine Halbleiterschicht aufgebracht werden,
- die mindestens eine Halbleiterschicht mit einem Strahl bestrahlt werden, der mit der oben genannten Strahlerzeugungsvorrichtung erzeugt wird,
- wobei der Strahl eine Kristallisation der mindestens einen Halbleiterschicht unter Bildung mindestens eines Einkristalls bewirkt.
Es gelten auch für dieses Verfahren die oben insbesondere für den ersten Strahl genannten technischen Wirkungen. Insbesondere kann mit oder ohne zweitem Strahl gearbeitet werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird ein Laserstrahlformdesign bzw. ein Laserstrahlformentwurf erläutert, um erweiterte Körne für bspw. laserkristallisiertes Silizium herzustellen.
Gelöst werden:
- ebene Laserkristallisation in großen Gebieten mit erweitertem Einkristall bzw. Monokristall,
- Erzeugen großer Einkristalle unter Verwendung von bspw. .Laserkristallisation, insbesondere eines kontinuierlich (cw continuous wave) betriebenen Lasers, ausgehend von bspw.
Dünnfilmschichten, insbesondere aus Silizium,
- Die Firma LIMO (Laserlieferant) bietet derzeit einen Laser mit einer homogenen Laserlinie von 3 Zentimetern an,
- bisher wurde ein Erweitern des Kristalls zu größeren Abmessungen hin noch nicht erreicht.
Aus S. Kawamura u.a. "Recrystallization of Si on amorphous Substrates by doughnut-shaped cw Ar laser beam", Appl. Phys. Lett. 40(5), 1. März 1982, Seite 394 und Seite 395, ist es bekannt eine ringförmige bzw. als Donut geformte Intensitätsverteilung des Strahls zu verwenden, die eine veränderte Schmelzzone bewirkt im Vergleich zu einer gaussverteilungs- förmig geformten Intensitätsverteilung des Laserstrahls. Die resultierenden Kristalle werden aber durch die Ausdehnung des Laserstrahls beschränkt.
Aus T. J. Stultz u.a. "The use of beam shaping to achieve large-grain cw laser-recrystallized polysilicon on amorphous Substrates", Appl. Phys. Lett., 39(6), 15. September 1981, Seite 498 bis Seite 500, sind andere Laserstrahlformen und zugehörige Tendenzen des Kristallwa-chstums bekannt.
- Durch Strahlformen des ganzen Las-erstrahls mit einem Auseinanderziehen bzw. einer Erweiterung der Donutform ergeben sich eine Erweiterung des Kristallisationsgebietes und damit selbst ein größerer Monokristall bzw. Einkristall.
- Durch das dynamische bzw. graduelle Aufweiten des so geformten Bestrahlungsgebietes kann es möglich sein, einen Kristall zu erzielen, der etwa oder der die Breite der Laserlinie bzw. des Laserstreifens hat. Alternativ wird mit einer unveränderten Strahlform gearbeitet:
a) Es kann wahrscheinlich noch ein bestimmter Gradient bzw. Anstieg der Laserenergie erforderlich sein abhängig von der Länge des Laserstrahls.
b) Dies kann die Länge des Laserstrahls beschränken, abhängig vom erlaubten Laserleistungsbereich zwischen vollständigem Schmelzen und Ablösen von Halbleitermaterial.
- Durch das Ausrichten einer Laserlinie in einer diagonalen Richtung zur Abtastrichtung, kann der Einkristall erweitert werden, der durch den ersten Laserstrahl geformt worden ist. Die Erweiterung kann bspw. über das gesamte Substrat erfolgen. Der linienförmige Laser-Strahl kann auch. eine der in Stultz gezeigten Formen haben, insbesondere die halbmondförmige Form. Angegeben wird bspw. das Schaffen eines großen einkristallinen Dünnfilms durch dynamisches, d.h. graduelles, Strahlformen bspw. einer Dauerstrich Laserlinie bzw. eines linienför- migen Laserstrahls, die eine dünne, insbesondere dünner als 300 oder 200 Mikrometer, Halbleiterschicht bzw. einen dünnen Halbleiterfilm kristallisiert bzw. rekristallisiert, insbesondere eine dünne Siliziumschicht.
Die Figur 1 zeigt ein aufgeweitetes einkristallines Gebiet in Folge des Aufweitens eines Donut-förmigen Bestrahlungsgebietes. Das Bestrahlungsgebiet kann auch weniger aufgeweitet sein, bspw. in einem Zustand, der zwischen der in der Figur 2 gezeigten Kreisringform und der in der Figur 1 gezeigten im Vergleich zu einem Kreis in einer Richtung bzw. in zwei zu- einander entgegen gesetzte Richtungen aufgeweiteten Form liegt. Alternativ kann das Bestrahlungsgebiet in seiner
Längsrichtung auch noch weiter aufgeweitet werden, als in der Figur 1 gezeigt, insbesondere auf Werte, die zwischen dem in der Figur 1 gezeigten Zustand und einer doppelt so großen Aufweitung liegen.
Damit ergeben sich:
- eine dynamische, d.h. graduelle, Laserstrahlformung, und/oder
- ein erweitertes einkristallines bzw. monokristallines Gebiet, und/oder
- ein gesteuerter bzw. geregelter Prozess bzw. Verfahren des Aufweitens des kristallisierten Gebietes. Die vorgeschlagenen Lösungen können insbesondere bei LPCSG (Liquid Phase Crystallized Silicon on Glass) Technologien verwendet werden, d.h. dass irgendwie abgeschiedenes Halbleitermaterial nach der Abscheidung verflüssigt wird. So kann eine Abscheidung des Siliziums durch Elektronenstrahlverdamp- fen, aus der Gasphase, durch Sputtern oder auf andere Art und Weise erfolgen. An Stelle von Glas kann auch ein anderer geeigneter Träger verwendet werden. Der Nachweis der Verwen- dung der vorgeschlagenen Lösungen lässt sich bspw. über die Erweiterung der Kristallkörner auf charakteristische Weise erbringen, z.B. kann es Muster geben, die "Fischgräten" ähneln, siehe z.B. Pfeile 24b in der Figur 1.
Auch kann die Strahlneigung zum Formen der Strahlform verwendet werden, d.h. kein senkrechtes Auftreffen, was auch eine störende Reflexion in den Laser hinein begünstigen könnte. Die Parameter der Bestrahlung können empirisch festgelegt werden, insbesondere bei Verwendung eines Lasers. So können die folgenden Lasertypen zum Einsatz kommen: Diodenlaser, z.B. Indiumgalliumnitrid, Aluminiumgalliumarsenid, Nd:YAG {Neodymionen in Yttrium-Aluminium Granat) , Nd: YV04-Laser (Neodymionen in Yttrium-Vanadat-Kristallgitter) , Argon-Ionen- Laser, XeCl-Excimerlaser (Xenonclorid) , KrF-Excimerlaser (Kryptonfluorid) , Xe-F-Excimerlaser (Xenonfluorid) . Die Halbleiterlaser bzw. die Halbleiterdiodenlaser können bspw. eine Wellenlänge von 80β Nanometer plus/minus 10 Prozent oder eine Wellenlänge von 980 Nanometer plus/minus 10 Prozent haben.
Der Energiefluss des Lasers kann im Bereich von 30 bis 300 Joule/Quadratzentimeter liegen, die in den Halbleiter eingestrahlt wird, insbesondere unabhängig von der Strahlgeschwin- digkeit. Die relative Strahlgesohwindigkeit kann bspw. im Bereich von 5 Millimetern/Sekunde bis zu 5 Zentimetern/Sekunde liegen. Die vom Laser abgestrahlte Laserleistung kann mindestens 500 Watt oder mindestens 1000 Watt betragen. Prozessinstabilitäten können bspw. durch Vorheizen der Trägersubstrate vermieden bzw. abgeschwächt werden. Das Vorheizen kann sich auch günstig hinsichtlich einer geringen Bruchneigung und Rissbildung des Trägersubstrates auswirken, insbesondere bei Verwendung von Glas als Trägersubstrat.
Der Laser, d.h. erster Strahl und/oder zweiter Strahl, kann so geführt werden, dass er das Substrat nicht oder erst nach dem Durchstrahlen der Halbleiterschicht durchstrahlt. Alternativ kann der Laser bei für den Laser durchlässigem Substrat bzw. Superstrat auch durch dieses hindurch strahlen, bevor er auf die Halbleiterschicht auftrifft.
Das Verfahren kann auch für andere Halbleiter als Silizium eingesetzt werden, z.B. für Chalcopyrite (z.B. CIGS Kupfer Indium Gallium Diselenid) , Kesterit (d.h. CZTS Kupfer Zink Zinn Sulfid), III/V Halbleiter {GaAs (-Galliumarsenid) , InGaAs (Indium Gallium Arsenid) , usw.), andere Verbindungshalbleiter, Germanium, Cadmiumtellurid (CdTe) .
Der Wasserstoffgehalt des Halbleitermaterials sollte vor der Kristallisation so gering wie möglich sein, um ein Abplatzen der Halbleiterschicht bei der Kristallisation zu verhindern. Nach der Kristallisation kann eine Wasserstoffpassivierung durchgeführt werden, um Defekte zu passivieren. Weil es weniger Defekte als bei amorphen Material gibt, kann der zum Passivieren erforderliche Wasserstoffgehalt in der Halblei- terschicht auch geringer als bisher sein.
Eine raue Oberfläche kann förderlich sein. Wenn eine glattere Oberfläche erforderlich sein sollte, dann kann bspw. eine Abdeckschicht oder ein Schichtstapel aus Abdeckschichten verwendet werden. Als Abdeckschicht kann z.B. eine Schicht aus Siliziumnitrid, z.B. Si3N4 (z.B. ca. 150 nm) , aus Siliziumdioxid oder aus Siliziumkarbid verwendet werden. Ein
Schichtstapel kann Kombinationen aus zwei oder aus drei der genannten Schichten enthalten.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei- spiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung. So- fern in dieser Anmeldung der Begriff "etwa" verwendet wird, bedeutet dies, dass auch der exakte Wert offenbart ist.
Die Figuren sind nicht maßstabsgerecht gezeichnet, insbeson- dere können die Aspektverhältnisse der Elemente anders oder wie angegeben gewählt werden.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen: Figur 1 ein Halbleitermodul und einen Laserstrahl mit lang gestrecktem ringförmigem Intensitätsmaximum,
Figur 2 ein Halbleitermodul und einen Laserstrahl sowie
einen linienförmigen Laser-Strahl, die das Halbleitermodul bestrahlen,
Figur 3 ein Strahlformeinrichtung eines Laserstrahls,
Figur 4 eine Intensitätsverteilung und eine Temperaturverteilung, die durch einen aufgeweiteten ringförmigen Laserstrahl entstehen, und
Figur 5 eine Fertigungslinie für Solarmodule mit einer
Bestrahlungsanlage.
Die Figur 1 zeigt ein Halbleitermodul 10b, insbesondere ein Solarmodul, und einen Laserstrahl IIb mit lang gestrecktem ringförmigem Intensitätsmaximum 15b, wobei der Laserstrahl IIb das Halbleitermodul 10b bestrahlt. Bezüglich der Frequenz der elektromagnetischen Strahlung des Laserstrahls IIb wird auf die Einleitung verwiesen.
Das Solarmodul 10b bzw. ein Halbleitermodul, das für einen anderen Zweck als ein Solarmodul verwendet wird, bspw. die
Produktion von Halbleiterschaltkreisen (Prozessor usw.), kann ein Größe von mehr als einem halben Quadratmeter, mehr als einem Quadratmeter oder von mehr als zwei Quadratmetern haben. Alternativ kann jedoch auch ein kleineres Modul verwen- det werden. Auf dem Modul 10b befindet sich mindestens eine in der Figur 1 nicht dargestellte Halbleiterschicht, siehe Figur 5, Halbleiterschicht 254, die von dem Laserstrahl IIb in dem gezeigten Strahlungsbereich bestrahlt wird. Ein stark bestrahltes Gebiet 12b enthält bspw. Intensitätswerte, die zwischen einem maximalen Intensitätswert und bspw. 90 Prozent des maximalen Intensitätswertes liegen. Alternativ kann auch auf andere geeignete Maße Bezug genommen werden, z.B. FWHM (Füll Width Half Maximum) oder D4sigma. Das stark bestrahlte Gebiet 12b umgibt ein schwächer bestrahltes Gebiet 14b, in dem die Intensität bspw. bis auf einen Wert kleiner als 80 Prozent oder kleiner als 50 Prozent der maximalen Intensität abfällt, was jedoch von vielen Faktoren abhängen kann, wobei eine obere Grenze durch das Abplatzen der Halbleiterschicht und eine untere Grenze durch noch ausreichendes Aufschmelzen gegeben sein kann.
Der Verlauf des Intensitätsmaximums 15b ist in der Figur 1 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Entlang eines Umlaufs folgen aufeinander:
- ein gerader oder leicht gebogener Abschnitt 50,
- ein halbkreisförmiger Abschnitt 54,
- ein gerader oder leicht gebogener Abschnitt 52, der zum Abschnitt 50 parallel liegt, und
- ein halbkreisförmiger Abschnitt 56.
Der Strahl IIb kann im Winkel von bspw. 85 Winkelgrad oder unter einem anderen Winkel auf das Modul 10b auftreffen, bspw. um Reflexionen in den Laser hinein zu vermeiden. Auch die .Strahlform lässt sich durch diesen Winkel beeinflussen und damit auch die Form der Kristallisierungsgrenze 20b.
Eine Bestrahlungsrichtung 16b ist bezogen auf einen Beobachter, dessen Bezugspunkt fest mit dem Solarmodul 10b verbunden ist. Der Strahl IIb kann Ruhen und das Modul 10b kann in entgegengesetzte Richtung zur Richtung 16b bewegt werden. Alternativ kann nur der Strahl IIb in der Richtung 16b bewegt werden, wobei das Modul 10b ruht. Weiter alternativ kann sowohl der Strahl 10b in die oben genannte Richtung 16b als auch das Modul 10b in die entgegen gesetzte Richtung zur Richtung 16b bewegt werden.
Eine Kristallisationsgrenze bzw. -linie 20b trennt einen flüssigen Bereich 18b des Halbleitermaterials 254 von einem festen Bereich ab, wobei der feste Bereich einen monokristallines mittleren Bereich 22b, bspw. aus Silizium, und zwei Randbereiche 26b und 28b enthält, bspw. ebenfalls aus Silizium, insbesondere aus mikrokristallinem oder aus polykristallinem Silizium bzw. anderem Halbleitermaterial.
Die Kristallisationsgrenze bzw. -linie 20b hat bspw. den folgenden Verlauf:
- einen linken Randabschnitt €0, der bezüglich des festen Gebiets 26b bzw. auch 22b konvex ist,
-. einen .mittleren bzw. inneren Abschnitt 62, der bezüglich des Gebiets 22b konkav ist, und
- einen rechten Randabschnitt 64, der bezüglich des festen Gebiets 28b bzw. auch 22b konvex ist.
Wie ein Verlauf 66 zeigt, muß die Grenze des einkristallinen Bereichs 22b nicht an den Abschnittsgrenzen der Abschnitte 60, 62 und 64 liegen.
Eine Stelle 21b liegt in der Mitte des mittleren Abschnitts 62. Eine Stelle 23b liegt zwischen dem linken Abschnitt 60 und dem mittleren Abschnitt 62. Ein Abstand Alb ist der Ab- stand der Stelle 21b und der Stelle 23b bei Projektion auf die Richtung, 16b. Eine Breite B2b ist die projizierte Breite des Abschnitts 20b in einer Richtung, die in der Blattebene der Figur 1 im Winkel von 90 Winkelgrad zu der Richtung 16b liegt.
Der Abstand Alb ist bspw. größer als 1 Prozent oder größer als 10 Prozent der Breite B2b. Die Breite B2b hat im Ausfüh- rungsbeispiel einen Wert im Bereich von 100 Mikrometer bis zu 200 Mikrometer oder bis zu 500 Mikrometer.
Wie in der Einleitung erläutert worden ist, kann der Abstand Alb möglichst klein gewählt werden, um die Breite B2b des
Einkristalls möglichst groß werden zu lassen. Ein "Abreißen" der einkristallinen Kristallisation bzw. ein zu starkes
Wachstum von Rand her kann auf Grund des gewählten Verlaufs der Kristallisierungsgrenze 20b vermieden werden.
Alternativ können auch andere Abmessungen bzw. Maße zur Beschreibung der Kristallisierungslinie verwendet werden. So kann bspw. auf eine Symmetrielinie S Bezug genommen, die die Symmetrie in der Längsrichtung der Strahlform angibt, gesehen in einem Querschnitt zur Ausbreitungsrichtung des Strahls.
Es können dann lotrechte Abstände (Winkel von 90 Winkelgrad) zur Symmetrielinie S definiert werden:
- ein erster größter Abstand ABl eines Ortes, etwa 23b, auf der Kristallisierungslinie 20b,
- ein zweiter größter Abstand AB2 eines Ortes auf der Kristallisierungslinie 20b, und
- ein kleinster Abstand AB3 eines Ortes auf der Kristallisi-e- rungslinie 20b.
An Stelle des Abstandes Alb kann dann die Differenz der Abstände ABl und AB3 bzw. der Abstände AB2 und AB3 verwendet werden. An Stelle der Breite B2b kann dann auf den Abstand der beiden Orte für die Abstände ABl und AB2 Bezug genommen werden. Alle in dieser Anmeldung angegebenen Maße und Verhältnisse für Alb und B2b sollen auch für diese Differenz und für diesen Abstand der beiden Orte für die Abstände ABl und AB2 gelten. Ohne durch die Theorie im Schutzbereich beschränkt zu werden, sind: in der Figur 1 beispielhafte Kristallwachstumsrichtungen 24b für den Einkristall 22b eingezeichnet. Die Kristallorien- tierungsrichtung kann bspw. durch "Impfen" am Rand des Moduls 10b beeinflusst" werden oder durch andere Maßnahmen, bspw. die Wahl eines bestimmten Substrats bzw. einer bestimmten optionalen Barriereschicht bzw. eines optionalen Barriere- schichtstapels. Im Ausführungsbeispiel wächst der Einkristall 24b bspw. in eine Richtung, die im Winkel von etwa 45 Winkelgrad im Uhrzeigersinn zu der Richtung 16b liegt und außerdem in eine Richtung, die im Winkel von etwa 45 Winkelgrad entgegen dem Uhrzeigersinn zu der Richtung 16b liegt. Andere Rich- tungen sind ebenfalls möglich.
Im linken Randstreifen 26b ist eine Kristallwachstumsrichtung 30b angedeutet, die linke Randkristalle betrifft. Die linken Randkristalle haben zueinander gleiche Kristallwachstumsrich- tungen und sind untereinander auch etwa gleich groß. Außerdem erstrecken sich die linken Randkristalle auch in die gleiche Richtung, die bspw. mit der Kristallwachstumsrichtung übereinstimmt. Die Kristallwachstumsrichtung 30b liegt im Ausführungsbeispiel bspw. im Winkel von 45 Winkelgrad im Uhrzeiger- sinn zur Richtung 16b. Andere Winkel sind für die Kristallwachstumsrichtung 30b ebenfalls möglich, bspw. im Bereich von 20 Winkelgrad bis 70 Winkelgrad zu der Richtung 16b. Kristallausrichtungsrichtung und Kristallwachstumsrichtung 30b können im linken Randbereich 26b auch voneinander abweichen.
Im rechten Randstreifen 28b ist eine Kristallwachstumsrichtung 32b angedeutet, die rechte Randkristalle betrifft, die zueinander gleiche Kristallwachstumsrichtungen haben und untereinander auch etwa gleich groß sind und sich außerdem in die gleiche Richtung erstrecken (Kristallorientierung) , hier bspw. in die Kristallwachstumsrichtung 32b. Die Kristallwachstumsrichtung 32b liegt im Ausführungsbeispiel bspw. im Winkel von 45 Winkelgrad entgegen dem Uhrzeigersinn zur Richtung 16b. Andere Winkel sind für die Kristallwachstumsrich- tung 32b möglich, bspw. im Bereich von 20 Winkelgrad bis 70
Winkelgrad zu der Richtung 16b. Kristallwachstumsrichtung und Kristallwachstumsrichtung 32b können im rechten Randbereich 28b auch voneinander abweichen.
Eine Länge L2 des durch den Strahl IIb gleichzeitig bestrahl- ten Gebiets ist bspw. größer als eine Breite B2 dieses bestrahlten Gebiets, größer als das Doppelte der Breite B2 oder noch größer. Die Länge L2 und die Breite B2 nehmen bspw. auf das oben erläuterte Gebiet 12b Bezug. Das Modul 10b kann nach einer ersten Bestrahlung mit dem
Strahl IIb auch in weiteren Bereichen mit dem Strahl IIb oder mit einem anderen Strahl bestrahlt werden, bspw. überlappend zu dem Randbereich 26b bzw. 28b und ggf. etwas überlappend zu dem Rand des Einkristalls 22b. Aber auch eine Bestrahlung ohne Überlappung ist möglich. Bei beiden Bestrahlungen kann die Richtung 16b für die Relativbewegung zwischen Strahl und Modul beibehalten werden.
Alternativ können auch mehrere wie der Strahl IIb ausgeführte Strahlen gleichzeitig über das Modul 10b geführt werden, bspw. mit Überlappung zumindest in den Randbereichen 26b, 28b oder ohne eine solche Überlappung.
Ohne durch die. Theorie im Schutzumfang beschränkt zu werden, wird durch die vorgeschlagene Strahlform des Strahls IIb und den dadurch hervorgerufenen Verlauf der Kristallisierungsgrenze 20b, 66 die Kantenwachstumskeimbildung bzw. die Kantenwachstumskernbildung ab einer bestimmten Stelle an der Kristallisierungsgrenze unterdrückt, so dass ein Einkristall 22b entstehen kann, insbesondere weil das Kristallwachstum von kalt nach warm erfolgt, d.h. von innen nach außen.
Ohne wiederum durch die Theorie im Schutzumfang beschränkt zu werden, lässt sich feststellen, dass die Breite B2b erheblich größer ist als die kritische Größe für eine Wachstumskeimbildung, die typischerweise bei Halbleitermaterialien, insbesondere bei Halbleitermaterialien aus Silizium oder Silizium enthaltend, in einem Bereich von einem Nanometer bis einem Mikrometer liegt, wobei der genaue Wert vom Halbleitermaterial, vom Substrat und von anderen Bedingungen abhängen kann. Dennoch wird durch den gewählten Verlauf der Kristallisie- rungsgrenze 20b, 66 und/oder durch den dort erzeugten Temperaturgradienten ein Einkristall 22b über die gesamte Breite B2b erzeugt, die insbesondere größer als die Obergrenze von einem Mikrometer ist und die ggf. auch erheblich größer sein kann, z.B. mindestens doppelt so groß, mindestens drei Mal so groß oder mindestens zehn Mal so groß, oder mindestens 100 Mal so groß.
Der Verlauf des Strahlungs-Intensitätsmaximums 15b kann auch von dem gezeigten Verlauf abweichen, insbesondere in Abstän- den die weniger als 10 Prozent der maximalen Ausdehnung des geschlossenen Umlaufs 15b von diesem Umlauf entfernt sind, wobei bspw. auf die gezeigte Blattebene Bezug genommen wird. Auch eine Ellipsenform ist möglich bzw. eine weiter oder weniger aufgeweitete Form, siehe bspw. Figur 2, Strahl 11c, bzw. zwischen diesen Aufweitungszuständen liegende Wert bzw. noch weiter aufgeweitete Strahlen.
Insbesondere kann zur Bestrahlung eines großen Hableitermoduls, insbesondere größer als ein halber Quadratmeter oder größer als 1 Quadratmeter, bspw. eines Solarmoduls, auch nur der in der Figur 2 gezeigte Strahl 11c mit ringförmiger In- tensitäfsverteilung verwendet werden, insbesondere ohne
Strahl lld. Die Aufweitung des Strahls IIb kann nur in die resultierende Längsrichtung des bestrahlten Bereichs erfolgen. Alternativ kann aber auch in die im Winkel von 90 Winkelgrad zu der Längsrichtung liegende Richtung aufgeweitet werden, jedoch vorzugsweise. nicht so stark wie in der Längsrichtung, um den Verlauf der Kristallisierungsgrenze 20b, 6-6 weiter anzupassen. Der Strahl IIb lässt sich bspw. mit der unten an Hand der Figur 3 gezeigten Strahlformungsvorrichtung erzeugen, d.h. das Verwenden von Abschwächfilterelementen im Zentrum
und/oder das Aufweiten und Bündeln des Laserstrahls und/oder das Verwenden von bestimmten elektromagnetischen Ausbreitungsmoden.
An Stelle eines Laserstrahls IIb lässt sich bei allen angesprochenen Strahlformen aber auch ein Elektronenstrahl oder eine andere Strahlart verwenden, bspw. ein anderer Energiestrahl oder ein anderer Teilchenstrahl oder ein Wärmestrahl. Weiterhin kann bei allen an Hand der Figur 1 erwähnten Strahlungsarten und Strahlungsformen auch eine unsymmetrische Kristallisierungsgrenze 20b bzw. -linie erzeugt werden.
Die Figur 2 zeigt ein Halbleitermodul 10c und zwei Laserstrahlen 11c und lld, die das Halbleitermodul 10c bestrahlen. Der Strahl IIb kann auch an Stelle des Strahls 11c verwendet werden. Der Strahl 11c hat im Unterschied zu dem Strahl IIb ein kreisförmiges Intensitätsmaximum 15c, das ein Intensitätsminimum umgibt, dadurch ist ein mittlerer und konkaver Abschnitt einer der Kristallisierungsgrenze 20b entsprechenden Kristallisierungsgrenze 20c stärker gekrümmt als der mittlere und konkave Abschnitt der Kristallisierungsgrenze 20b. Dies kann ebenfalls Vorteile für das Wachstum eines
Einkristalls 22c bieten, der dem Einkristall 22b entspricht. Ein Außendurchmesser Die des Strahls 11c am stärker bestrahlten Bereich 12c hat einen Wert, der bspw. im Bereich von 30 Mikrometer bis 100 Mikrometer oder bis 300 Mikrometer liegt. Ein Innendurchmesser D2c des Strahls 11c hat bspw. einen Wert, der im Bereich von 50 Prozent bis zu 80 Prozent des Wertes des Durchmessers Die liegt, wobei bspw. wieder auf 90 Prozent des Intensitätsmaximums Bezug genommen wird. Alternativ kann auf FWHM (Füll Width Half Maximum) oder andere Maße Bezug genommen werden, z.B. D4sigma. Es gelten die oben an Hand der Figur 1 genannten Ausführungen entsprechend für,
- das Solarmodul 10c, das dem Solarmodul 10b entspricht, insbesondere hinsichtlich der Verwendung und Größe,
- ein stark bestrahltes Gebiet 12c, insbesondere hinsichtlich der angesprochenen Grenzen der Intensitätswerte,
- ein schwächer bestrahltes Gebiet 14c,
- ein Intensitätsmaximum 15c,
- eine Bestrahlungsrichtung 16c, die der Bestrahlungsrichtung 16b entspricht, insbesondere hinsichtlich der drei Möglichkeiten zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen Strahl 11c und Modul 10c,
- ein flüssiger Bereich 18c, der dem Bereich 18b entspricht,
- eine Kristallisationsgrenze bzw. -linie 20c,
- eine Stelle 21c, die der Stelle 21b entspricht,
- ein monokristallines Material 22c, z.B. Silizium, das dem Material 22b entspricht,
- eine Stelle 23c, die der Stelle 23b entspricht,
- mögliche Kristallwachstumsrichtungen 24c entsprechend den Kristallwachstumsrichtungen 24b,
- ein linker Randstreifen 26c entsprechend dem Randstreifen 26b,
- ein rechter Randstreifen 28c entsprechend dem Randstreifen 28b,
- Kristallwachstumsrichtungen 30c im linken Randstreifen 26c, die den Kristallwachstumsrichtungen 30b entsprechen, und
- Kristallwachstumsrichtungen 32c im rechten Randstreifen 28c, die den Kristallwachstumsrichtungen 32b entsprechen. Bei dem in der Figur 2 . dargestellten Ausführungsbeispiel wird gleichzeitig mit dem Strahl 11c oder später ein Linienlaser- Strahl lld über das Modul 10c geführt, um den Einkristall 22c nach rechts oder nach links oder bei Verwendung eines weiteren Strahls bzw. Strahllaufes nach beiden Seiten hin zu ver- größern. Der linienförmige Laser-Strahl lld hat eine andere Form und/oder andere Strahlungsparameter als der Strahl 11c, bspw. Frequenz der Strahlung, maximale Ausdehnung, Verlauf des Strahlungsmaximums usw. Der linienförmigen Laser-Strahl lld kann aber auch die gleiche Frequenz der Strahlung wie der
Strahl 11c haben. Im Ausführungsbeispiel kann der linienförmige Laser-Strahl lld bspw. entlang einer Geraden 15d bspw. eine homogene Intensitätsverteilung haben, die bspw. nur um maximal 2,5 Prozent oder maximal 1 Prozent von einem Intensi- tätsmaximum auf dieser Geraden abweicht. Eine Länge L4 (z.B. auch FWHM - Füll Width Half Maximum) der Geraden 15d bzw. des homogenen Abschnitts auf der Geraden 15d ist bspw. mindestens 1 Zentimeter, mindestens 10 Zentimeter oder mindestens 30 Zentimeter. Im Winkel von 90 Winkelgrad zu der Geraden 15d fällt die Intensität des Linienlaser-Strahls bzw. des linien- förmigen Laser-Strahls lld nach außen hin ab, bspw. gemäß einer Gausverteilung oder gemäß einer anderen Funktion. Die Breite kann im Bereich von 100 Mikrometer bis 300 Mikrometer liegen. Es gibt also bei dem linienförmigen Laser-Strahl lld kein Intensitätsminimum, das von einem Ring stärkerer Intensität umschlossen wird, wie beim Strahl IIb bzw. 11c.
Der linienförmige Laser-Strahl lld wird bspw. unter Verwendung mehrerer Strahlungsquellen, insbesondere von Laser- strahlquellen, erzeugt, deren Strahlen dann einander überlagert werden, vgl. bspw. die entsprechenden Produkte der Firma LIMO.
Der Einkristall 22c wächst genau in eine der beiden Richtun- gen 24c weiter, um den Einkristall 22c, 22d zu bilden.
Ein Abstand A2 zwischen dem Ende der Kristallisierungsgrenze 20c hervorgerufen durch den Strahl 11c und dem Anfang der Kristallisierungsgrenze 2Od hervorgerufen durch den linien- förmigen Laser-Strahl lld bei Projektion der Kristallisierungsgrenzen 20c, 20d auf die Richtung 16c kann bspw. im Bereich von 0 Mikrometer, d.h. einander berührend bis zu 100 Mikrometer oder größer liegen, d.h. auch ein Abstand A2 größer als 1 Zentimeter oder größer als 10 Zentimeter ist möglich. Ist der Abstand A2 gleich 0 Millimeter, d.h. der linienförmige Laser-Strahl lld wird an der Kristallisierungs- grenze 20c geführt, so wird der Randbereich 32c nicht gebildet bzw. nicht in seiner ganzen Breite, was die Qualität des Einkristalls 22c, 22d erhöhen kann.
Beide Strahlen 11c und lld können auch einander überlappen. Dies gilt auch wenn an Stelle des Strahls 11c andere Strahlformen mit einem Intensitätsminimum verwendet werden, z.B. Strahl IIb oder ein kurzer linienförmiger Strahl mit Intensitätsminimum. In diesem Fall überlappt der zweite Strahl zusätzlich auch mit dem flüssigen Bereich, z.B. 18c, insbeson- dere bevor der flüssige Bereich, z.B. 18c, wieder auskristallisiert.
Aber auch ohne Überlappung der beiden Strahlen kann der zweite Strahl mit dem flüssigen Bereich, z.B. 18c, überlappen, der durch den ersten Strahl erzeugt wird, insbesondere bevor der flüssige Bereich, z.B. 18c, wieder auskristallisiert. Dies gilt ebenfalls, wenn der erste Strahl eine andere Form hat als der Strahl 11c, z.B. Strahl IIb, kurzer Linienstrahl mit Intensitätsminimum in der Mitte, usw.
Alternativ kann der linienförmige Laser-Strahl lld auch erst über das Modul 10c geführt werden, nachdem der Strahl 11c über das Modul 10c geführt worden ist. Zwischen dem linienförmigen Laser-Strahl lld und dem Modul 10c gibt es eine relative Bewegungsrichtung (Bezugspunkt Modul 10c), die gleich der Richtung 16c ist bzw.. parallel dazu liegt. Eine Gerade 15d homogener bzw. maximaler Intensität des linienförmigen Laser-Strahls lld schließt mit der Richtung 16c einen Winkel W2 ein, der bspw. im Bereich von 91 Winkelgrad bis 179 Winkelgrad liegen kann, insbesondere im Bereich von 91 Winkelgrad bis 150 Winkelgrad. Der linienförmige Laser-Strahl lld wird bspw. mit Überlappung zu dem rechten Randbereich 28c geführt und grenzt an den Einkristall 22c an. Somit wird der Randbereich 28c durch den linken Rand des Strahls lld aufgeschmolzen und in den Einkristall 22c, 22d einbezogen.
An Stelle des Strahls lld kann auch ein Strahl mit Kreissegmentform 70 verwendet werden.
Ohne durch die Theorie im Schutzumfang beschränkt zu werden, ist die dem Einkristall 22d zugewandte Seite der Strahlform des linienförmigen Laser-Strahls lld maßgeblich für die beim Wachstum herrschende Energieverteilung. Daher kann bspw. auch mit der Kreissegmentform 70 eine Vergrößerung des Einkristalls 22c erfolgen. Dies kann auch für den Strahl IIb bzw. 11c gelten, so dass der vordere Teil des Strahls IIb, 11c bzw. lld auch modifiziert werden kann, ohne wesentlich von dem vorgeschlagenen Vorgehen abzuweichen.
Weitere nicht dargestellte Strahlen lld können gleichzeitig oder später über das Modul 10c in der Richtung 16c geführt werden, um den Einkristall 22c, 22d weiter zu vergrößern bzw. weitere Einkristalle zu bilden, wobei vorzugsweise der Über- lapp am rechten Rand 30d so ausgeführt wird, wie es oben für den Strahl lld und den Rand 28c erläutert worden ist.
Es kann auch alternativ oder zusätzlich an dem Randbereich 26c ein weiteres Wachstum des Einkristalls 22c durchgeführt werden, wobei entsprechend zu dem gezeigten Vorgehen vorgegangen wird. Ein dem linienförmigen Laser-Strahl lld entsprechender linienförmiger Laser-Strahl wird bspw. spiegelbildlich zu dem Strahl lld am Rand 26c geführt, insbesondere gleichzeitig oder später. Die Spiegelachse liegt bspw. in der Richtung 16c und verläuft durch die Stelle 21c. Ohne durch die Theorie im Schutzumfang beschränkt zu werden, wird durch die vorgeschlagene Strahlform des Laser-Strahls 11c und den dadurch hervorgerufenen Verlauf der Kristallisierungsgrenze 20c die Kantenwachstumskeimbildung bzw. die Kan- tenwachstumskernbildung ab einer bestimmten Stelle an der
Kristallisierungsgrenze 20c unterdrückt, so dass ein Einkristall 22c entstehen kann. Der Einkristall 22c wird dann durch den linienförmigen Laser-Strahl lld einkristallin zu einem Einkristall 22c, 22d vergrößert.
Ohne wiederum durch die Theorie im Schutzumfang beschränkt zu werden, lässt sich feststellen, dass die Breite des Gebietes 22c erheblich größer ist als die kritische Größe für eine Wachstumskeimbildung, die typischerweise bei Halbleitermate- rialien, insbesondere bei Halbleitermaterialien aus Silizium oder Silizium enthaltend, in einem Bereich von einem Nanome- ter bis einem Mikrometer liegt, wobei der genaue Wert vom Halbleitermaterial, vom Substrat und von anderen Bedingungen abhängen kann. Dennoch wird durch den gewählten Verlauf der Kristallisierungsgrenze 20c und/oder den dort erzeugten Temperaturgradienten ein Einkristall über die gesamte Breite B2c erzeugt, die insbesondere größer als die Obergrenze von einem Mikrometer ist und die ggf. auch erheblich größer sein kann, z.B. mindestens doppelt so groß, mindestens drei Mal so groß oder mindestens zehn Mal so groß, oder mindestens 100 Mal so groß. Für den linienförmigen Laser-Strahl lld gilt, dass auf einer Linie liegende Raumpunkte 1, 2, 3 usw. aufgrund der Ausrichtung des Strahls lld im Winkel W2 nacheinander aufgeschmolzen werden, wobei die Linie, auf der die Raumpunkte 1, 2, und 3 liegen, im Winkel von 90 Grad zu der Richtung l-6d in der Blattebene liegt.
Der Verlauf des Strahlungs-Intensitätsmaximums 15c kann auch von dem gezeigten Verlauf abweichen, insbesondere in Abstän- den die weniger als 10 Prozent der maximalen Ausdehnung des geschlossenen Umlaufs 15c von diesem Umlauf 15c entfernt sind. Auch eine Ellipsenform ist möglich bzw. eine weiter aufgeweitete Form oder zwischen den beiden Aufweitungszuständen liegende Formen, siehe bspw. Figur 1, bzw. noch weiter aufgeweitete Strahlen. Die Aufweitung kann nur in die resultierende Längsrichtung erfolgen. Alternativ kann aber auch in die im Winkel von 90 Winkelgrad zu der Längsrichtung liegenden Richtung aufgeweitet werden, jedoch vorzugsweise nicht so stark wie in der Längsrichtung, um den Verlauf der Kristallisierungsgrenze weiter anzupassen. Der Strahl 11c lässt sich bspw. mit der unten an Hand der Figur 3 gezeigten Strahlformungsvorrichtung erzeugen, d.h. das Verwenden von Abschwächfilterelementen im Zentrum
und/oder das Aufweiten und Bündeln des Laserstrahls und/oder das Verwenden von bestimmten elektromagnetischen Ausbrei- tungsmoden.
Der Linienlaser-Strahl bzw. der linienförmige Laser-Strahl lld kann bspw. mit einem homogenen Linienlaser der Firma LIMO Lissotschenko GmbH oder einer anderen Firma erzeugt werden.
An Stelle eines Laserstrahls 11c bzw. lld bzw. beider Laserstrahlen lld lassen sich bei allen angesprochenen Strahlformen aber auch ein Elektronenstrahl oder mehrere Elektronenstrahlen bzw. andere Strahlart en) verwenden, siehe Erläute- rungen zu der Figur 1. Weiterhin kann bei allen an Hand der Figur 2 erwähnten Strahlungsarten und Strahlungsformen auch eine unsymmetrische Kristallisierungsgrenze 20c bzw. -linie erzeugt werden. Die Figur 3 zeigt eine Bestrahlvorrichtung 100, die einen
Laser 102 (Laserstrahlerzeugungseinheit) und eine Strahlformeinrichtung 104 zum Formen der Intensitätsverteilung in einem Laserstrahl 120 enthält. Beispiel A (erster Strahl) :
Der Laser 102 kann bspw. ein Gaslaser oder ein Festkörperlaser sein, insbesondere ein Halbleiterlaser bzw. ein Halblei- terdiodenlaser . Der Laser 102 kann einen Laserstrahl mit von einem Zentrum zum Rand hin abfallender Intensität erzeugen, z.B. glockenförmig, insbesondere gemäß einer GaußVerteilung im Querschnitt.
Die Strahlformeinrichtung 104 kann dann den Laserstrahl weiter verändern, bspw. durch ein stärkere Verzerrung in einer Richtung im Vergleich zu einer Verzerrung in einer Richtung, die im Winkel von 90 Winkelgrad zu dieser Richtung liegt, siehe bspw. Strahl IIb in Figur 1.
Der Strahl 120 kann in der Strahlformeinrichtung 104 in bestimmten Gebieten bspw. auch in seiner Intensität anders verändert werden als in anderen Gebieten des Laserstrahls 120. So kann bspw. ein zentrales Abschwächelement 140 verwendet werden, das eine Ellipsenscheibe o.ä. bildet, deren
Transmission geringer ist als die Transmission ihrer Umgebung, bspw. um mindestens 1 Prozent, 5 Prozent, 10 Prozent oder um mindestens 30 Prozent. Die Transmission kann inner- halb des Abschwächelementes 140 konstant sein oder abhängig bspw. von der Entfernung zum Mittelpunkt des Abschwächelements 140.
Die Strahlaufweitungseinheit 104 kann bspw. eine Strahlauf- weitung in einem Bereich von Faktor fünf bis dreißig durchführen, wobei üblicherweise durch die Optik eine feste
Strahlaufweitung vorgegeben ist. Im Übrigen kann die Strahl- aufweitungseinheit 104 wie bekannte Strahlaufweitungseinhei- ten aufgebaut sein und bspw. die folgenden Elemente enthal- ten:
- eine lasernahe optische Linse 110, die den bspw. kollimier- ten Laserstrahl 120 zunächst bündelt und dann streut, das kann in der Richtung quer zur Blattebene in stärkerem Maße erfolgen als in der Blattebene,
- eine im Strahlengang des Laserstrahls 120 der Linse 110 folgende Linse 112 (z.B. zylindersegmentförmige Linse bzw. keine Krümmung quer zur Blattebene) , die den aufgeweiteten Laserstrahl 120 wieder kollimiert, d.h. seine Teilstrahlen parallel zueinander ausrichtet,
- eine im Strahlengang der Linse 112 (z.B. zylindersegment- förmige Linse bzw. keine Krümmung quer zur Blattebene) nach geordnete Linse 114, die den Laserstrahl 120 wieder bündelt, und
- ggf. weitere optionale optische Elemente, bspw. einen weiteren Kollimator der Linse 114 im Strahlengang folgend oder Umlenkeinheiten, oder mechanische bzw. elektrische Umlenkein- heiten.
Zwischen den beiden Linsen 112 und 114 kann eine Ebene 108 liegen, in der bspw. das oben erwähnte Abschwächelement 140 angeordnet ist. In dieser Ebene 108 oder in einer anderen Ebene innerhalb der Strahlformungseinheit 104 kann bspw. auch ein optionales Randabschattungselement 142, z.B. Blende, oder Abschwächelement, angeordnet sein, um bspw. Beugungseffekte zu unterdrücken. Am Auslass der Strahlformungseinheit 104 tritt dann bspw. ein zumindest in einer Richtung aufgeweiteter Strahl 122 und/oder in seiner Strahldichteverteilung veränderter Strahl 122 aus.
Der geformte Laserstrahl 120, d.h. z.B. IIb, 11c oder lld trifft dann bspw. auf ein Solarmodul 130, das dem Solarmodul 10b bzw. 10c entspricht. An Stelle eines Solarmoduls kann auch ein anderes Halbleitermodul verwendet werden, das eine andere Verwendung hat als ein Solarmodul, und bspw. zur Herstellung eines integrierten Schaltkreises dient. Die €röße des Solarmoduls 130 ist bspw. größer als ein halber Quadratmeter, größer als 1 Quadratmeter oder größer als zwei Quadratmeter .
Bspw. kann der Laserstrahl 120 quer zur Blattebene der Figur 2 stärker aufgeweitet werden als in der Blattebene.
Beispiel B (erster Strahl) : Wird der Strahl 120 in horizontaler Richtung und in vertikaler Richtung gleichermaßen aufgeweitet, so kann mit einer kreisförmigen Blende 140 der Strahl 11c erzeugt werden. Beispiel C (erster Strahl) :
Der Laserstrahl 120 kann durch die Verwendung von bestimmten Ausbreitungsmoden bzw. Anregungsmoden bereits vorgeformt sein, z.B. Strahl 11c. So kann der Laserstrahl 120 bereits eine Form haben, bei der ein kreisförmiges Intensitätsmaximum ein lokales Intensitätsminimum umgibt. Optional kann mindestens ein Abschwächelement verwendet werden.
Beispiel D (erster Strahl) :
Der Laserstrahl aus Beispiel C kann in zwei Richtungen um voneinander verschiedene Werte aufgeweitet werden, um den Strahl IIb zu erzeugen. Optional kann mindestens ein Abschwächelement verwendet werden.
Beispiel E (zweiter Strahl) :
Für die Erzeugung des linienförmigen Laser-Strahls lld, d.h. des zweiten Strahls, lässt sich ebenfalls eine Strahlformungseinheit verwenden. Vorzugsweise werden mehrere in einer Richtung extrem, bspw. mehr als 10 Mal oder mehr als 100 mal im Vergleich zu einer dazu senkrechten Richtung, aufgeweitete Laserstrahlen durch eine geeignete Optik einander so überlagert, dass das gewünschte homogene Intensitätsprofil entsteht. Abschwächelemente 140 können zur Erzeugung des Strahls mit homogener Energieverteilung erforderlich sein oder auch nicht erforderlich sein. Die Homogenität des Laserstrahls kann so auch bei Ausfall einer Laserquelle erhalten bleiben.
Beispiel F (erster Strahl) :
Ähnlich wie in Beispiel E kann ein kürzerer linienförmiger Strahl erzeugt werden, dessen Intensität in einem mittleren Abschnitt bspw. mit Hilfe eines Abschwächelementes oder mehrerer Abschwächelemente verringert wird. Dieser Strahl kann dann an Stelle des Strahls IIb bzw. 11c als erster Strahl verwendet werden, d.h. gemeinsam mit dem Strahl aus Beispiel E als zweitem Strahl.
Die Figur 4 zeigt eine Strahlungs-Intensitätsverteilung und eine Temperaturverteilung, die durch einen aufgeweiteten ringförmigen Laserstrahl 150 entstehen, der bspw. dem Laserstrahl IIb entspricht. Auch die relative Bewegungsrichtung 16b ist in der Figur 4 dargestellt. Eine Strahlungs-Intensitätsverteilung der Intensität I ist in einem Intensitätsverlauf 160 dargestellt, der in einer
Schnittebene SE2, die bspw. senkrecht zur Blattebene liegt, des Laserstrahls 150 gilt. Der Intensitätsverlauf 160 hat:
- einen linken stärker bestrahlten Bereich 164,
- einen sich daran anschließenden abgeflachten Bereich 162 mit beidseitig lei-chtem Int-ensitätsgradienten und einem Intensitätsminimum in der Mitte, und
- einen im Vergleich zu dem abgeflachten Bereich 162 stärker bestrahlten rechten Bereich 166.
Die den stärker bestrahlten Bereich 12b umgebenden Linien in der Figur 4 betreffen bspw. Intensitätswerte, die etwa 90 Prozent des maximalen Wertes in dem Bereich 12b betragen.
Eine Schnittebene SE4, die bspw. senkrecht zur Blattebene liegt, liegt im Winkel von 90 Grad zu der Schnittebene SE2 und hat einen ähnlichen Intensitätsverlauf, der jedoch im Vergleich zu dem Intensitätsverlauf 160 einen kürzeren abgeflachten Bereich haben kann.
Der Intensitätsverlauf 160 führt auf der bestrahlten Halbleiterschicht 254 bspw. zu dem in einem Temperaturverlauf 170 der Temperatur T dargestellten Temperaturprofil quer zur relativen Bewegungsrichtung 16b, d.h. im Winkel von 90 Grad innerhalb der Blattebene. Der Temperaturverlauf 170 hat: - einen linken Bereich 174 höherer Temperatur T,
- einen sich an den Bereich 174 höherer Temperatur anschließenden längeren abgeflachten Bereich 172, mit einem beidseitigen leichten Temperaturgradienten, der ein Minimum in der Mitte des Bereichs 172 hat,
- einen rechten Bereich 176 höherer Temperatur T.
Der Temperaturverlauf 170 kann demzufolge eine leicht ausgeglichene Version des Intensitätsverlaufs 160 sein.
Das Kristallwachstum soll möglichst im kältesten Teil des verflüssigten Bereiches anfangen und dann in Richtung wärmerer Bereiche hin nach zwei Seiten wachsen. Das Ziel besteht darin, dass sichergestellt wird, dass es nur einen kältesten Bereich bzw. Punkt gibt, aus dem dann ein monokristalliner Kristall wächst. Die Nukleationsrate hat eine starke Abhängigkeit von der Temperatur in flüssigem Silizium unterhalb der Schmelztemperatur, d.h. in einer unterkühlten Schmelze. Die Kristallisationsfront wird sich deshalb in der Richtung des Temperaturgradienten bewegen. Eine zu vermeidende Unterbrechung der Kristallisation würde auftreten, wenn es an mehreren Stellen ein Strahlungs-Intensitätsminimum und damit ein Temperaturminimum gäbe, durch größere Partikel, durch Blasen, z.B. H2, usw.
Die geringere Temperatur in der Mitte des Temperaturverlaufs 170 kann dort den "Beginn" einer Kristallisation begünstigen d.h. einer Kristallisation von kalt nach heiß. Gestrichelte Linien 180a und.180b zeigen, wie bspw. durch Filterung entlang der geraden Abschnitte ein Temperaturminimum erzeugt werden kann. Alternativ kann nur eine der Linien 180a bzw. 180b gelten.
Alternativ kann ein Temperaturverlauf mit einem Minimum in der Mitte auch mit einem linienförmigen Laser erzeugt werden dessen Energie zum Minimum hin zunehmend gedämpft wird, insbesondere unter Verwendung eines geeigneten Filterelementes. Die Figur 5 zeigt einen Teil einer Fertigungslinie bzw. eine Fertigungsstraße 200 für die Fertigung von Solarmodulen, von denen drei Solarmodule 210 bis 214 dargestellt sind. Die Solarmodule 210 bis 214 bzw. andere Halbleitermodule werden an einer Bestrahlungsanlage 201 vorbeitransportiert, die bspw. einen Laser 220 (Vorrichtung) und einen linienförmigen Laser 230 (Vorrichtung) , insbesondere mit zugehörigen Strahlformeinrichtungen enthält. Das Solarmodul 210 hat die Bestrahlungsanlage 201 und damit die Laser 220 und 230 bereits passiert. Das Solarmodul 212 wird gerade an der Bestrahlungsanlage 201 bestrahlt und das Solarmodul 214 soll noch an der Bestrahlungsanlage 201 bestrahlt werden.
Die Fertigungsstraße 2-00 enthält ein Transportsystem 202, bspw. basierend auf Transportrollen 202, 204 oder Transportbändern oder anderen Transportmitteln zum Transport der Solarmodule, z.B. 210 bis 214. Die Solarmodule 210 bis 214 werden in einer Transportebene 205 entlang eines Transportweges in einer Transportrichtung 20€ transportiert. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Laserstrahl bzw. können die Laserstrahlen 222, 232 bewegt werden.
Es ergibt sich eine relative Bestrahlrichtung 208, die bspw. mit den relativen Richtungen 16b, 16c, l€d übereinstimmt. Zwischen nacheinander bestrahlten Solarmodulen 210 bis 214 kann es einen Abstand A10 geben, der bspw. einen Wert im Bereich von 1 Millimeter bis zu mehreren Metern haben kann. Alternativ haben aufeinanderfolgende Module keinen Abstand zueinander.
Der Laser 220 erzeugt einen Laserstrahl 222, der bspw. dem Strahl IIb bzw. dem Strahl 11c entspricht. Ein Auftreffbereich 224 des Strahls 222 auf dem Solarmodul 210 enthält bspw. den Bestrahlungsbereich 12b, siehe Figur 1, bzw. 12c, siehe Figur 2. Der Laser 220 erzeugt einen kristallisierten Bereich 226, der dem Bereich 22b bzw. 22c entspricht. Im Ausführungsbeispiel trifft der Laserstrahl 222 entlang der Mittellinie des Moduls 212 auf.
Der linienförmige Laser 230 erzeugt einen Laserstrahl 232, der bspw. dem Strahl lld entspricht. Eine Auftreff"linie" 234 bzw. ein Auftreffsteifen des Strahls 232 auf dem Solarmodul 210 enthält bspw. den Bestrahlungsbereich 12d, siehe Figur 2. Der linienförmige Laser 230 erzeugt einen kristallisierten Bereich 236, der dem Bereich 22d entspricht und der sich einkristallin an den Bereich 22-6 anschließt.
Die Laser 220 und 230 und ggf. zugehörige Strahlformvorrichtungen und ggf. auch zugehörige AnSteuereinheiten können bspw. an einem Montagegestell 240 montiert werden, das im Beispiel zwei Stützen und eine Querstrebe enthält. Es kann jedoch auch nur eine Stütze oder mehr als zwei Stützen geben. Auch können die Laser 230, 220 jeweils an einem eigenen Gestell montiert werden. Die Steuereinheiten können auch als Regelungseinheiten ausgeführt werden bzw. Regelungseinheiten enthalten, insbesondere zur Regelung der Strahlintensität.
Die Solarmodule 210 bis 214 enthalten jeweils in parallel zueinander ausgerichteten Ebenen:
- ein Trägersubstrat 250, z.B. -Glas, Kunststoff, Metall,
- eine optionale Barriereschicht 252,
mindestens eine Halbleiterschicht oder mehrere Halbleitermaterialschicht (en) 254.
Eine Strecke Sl liegt in Richtung der relativen Richtung 208. Die Strecke Sl ist bspw. länger als 0,5 Meter oder sogar länger als 1 Meter und kann der gesamten Modullänge des Moduls 212 entsprechen. Eine Strecke S2 liegt im Winkel von 90 Winkelgrad zu der Strecke Sl in der Modulebene. Die Strecke S2 ist bspw. länger als 15 Zentimeter oder länger als 30 Zentimeter. Es kann ein Einkristall erzeugt werden, der die Länge der Strecke Sl hat. Alternativ werden entlang der Strecke Sl mehrere Einkristalle erzeugt, die bspw. jeweils länger als 1 cm (Zentimeter) oder länger als 10 cm sind. Die Breite des Einkristalls kann mehrere Millimeter oder mehrere Zentimeter betragen. Weitere Einkristalle können auf die gleiche Art links und/oder rechts neben dem kristallisierten Bereich 226 erzeugt werden und bspw. das gesamte Modul 212 bzw. mindestens 90 Prozent der Oberseite des Moduls 212 bedecken. Für die Erzeugung der weiteren Einkristalle können die Laserstrahlen 222, 232 bzw. weitere nicht dargestellte Laserstrahlen verwendet werden. Die weiteren Laserstrahlen können an der gleichen Bearbeitungsstation oder an nachfolgenden Bearbeitungsstationen angeordnet werden, so dass bspw. mehr als zwei, mehr als drei oder mehr als vier Laserstrahlen das Modul 212 gleichzeitig bestrahlen. Angestrebt wird bspw. eine Durchsatz von mindestens 10 oder von mindestens 20 Modulen pro Stund .
Obwohl in der Figur 5 nicht dargestellt, kann an der gleichen Bearbeitungsstation auch alternativ oder zusätzlich die andere Hälfte des Solarmoduls 210 bzw. weiterer Solarmodule be- strahlt werden. Das Bestrahlen der noch nicht bestrahlten Hälfte kann auch an anderen Bearbeitungsstationen erfolgen, um den durch den Strahl 222 erzeugten Einkristall bspw. im Ergebnis beidseitig aufzuweiten. Die Laser 220 und 230 können auch anders, als in der Figur 5 gezeigt, angeordnet werden, bspw. an voneinander verschiedenen Bearbeitungsstationen, die insbesondere gleichzeitig verschiedene Solarmodule bearbeiten, d.h. nicht dasselbe Solarmodul, z.B. 210.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und be- schrieben worden ist, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Die in der Einleitung genannten Weiterbildungen und Ausgestaltungen können untereinander kombiniert werden. Die in der Figurenbeschreibung genannten Ausführungsbeispiele können ebenfalls unter- einander kombiniert werden. Weiterhin können die in der Einleitung genannten Weiterbildungen und Ausgestaltungen mit den in der Figurenbeschreibung genannten Ausführungsbeispielen kombiniert werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitermoduls (10b, 10c 130, 210 bis 214) ,
wobei auf ein Trägersubstrat (250) mindestens eine .Halbleiterschicht (254) aufgebracht wird,
wobei die mindestens eine Halbleiterschicht (254) mit einem ersten Strahl (IIb, 11c, 222) bestrahlt wird, und
wobei der erste Strahl (IIb, 11c, 222) eine Kristallisation der mindestens einen Halbleiterschicht (254) unter Bildung mindestens eines Einkristalls (22b, 22c) bewirkt,
und wobei die mindestens eine Halbleiterschicht {254) mit einem zweiten Strahl (lld, 232) bestrahlt wird, der eine Aufweitung des mindestens einen Einkristalls (22b, 22c) bewirkt .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Strahl (IIb, 11c, 222) in einer Schnittebene, die im Winkel von 90 Winkel grad zu der Ausbreitungsrichtung des ersten Strahls {IIb, 11c, 222) liegt, und innerhalb der Schnittebene in einer Querrichtung, die im Winkel von 90 Winkelgrad zu -der relativen Bewegungsrichtung des ersten Strahls (IIb, 11c, 222) in Bezug auf das Trägersubstrat (250) liegt, in einem inneren oder mittleren Abschnitt (162) eine kleinere Strahlungs- Intensität oder Teilchenintensität überträgt als in einem im Vergleich zu dem inneren oder mittleren Abschnitt (162) weiter außen liegenden Abschnitt (164, 166),
wobei die Intensität oder die Teilchenintensität an dem inneren oder mittleren Abschnitt {162) um mindestens 1 Prozent, um mindestens 5 Prozent oder um mindestens 10 Prozent kleiner als die Strahlungs-Intensität oder die Teilcheninten sität an dem weiter außen liegenden Abschnitt {1^4, 166) ist
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Strahl (IIb, 11c, 222) ein auf einem geschlossenen Umlauf liegendes Intensitätsmaximum (15b, 15c) in einer Schnittebene enthält, die im Winkel von 90 Winkelgrad zu der Ausbreitungsrichtung des ersten Strahls (IIb, 11c, 222) liegt, vorzugsweise innerhalb des Umlaufs mindestens ein lokales Intensitätsminimum (14b, 14c) umgebend,
wobei vorzugsweise das Intensitätsmaximum (15b, 15c) entlang einer Kreislinie (15c) , auf einer Ellipsenlinie oder auf einer Umlauflinie (15b) liegt, die zwei zueinander parallel liegende Linien (50, 52) enthält, die durch zwei halbkreisförmige Linien (54, 56) an ihren Enden verbunden sind, oder wobei insbesondere das Intensitätsmaximum {15b, 15c) entlang des Umlaufs maximal weniger als 10 Prozent der maximalen Ausdehnung des geschlossenen Umlaufs von einer dieser Linien (15 bis 15c) entfernt liegt,
oder wobei vorzugsweise der erste Strahl im Querschnitt zur Ausbreitungsrichtung einen linienförmigen Verlauf mit einem Intensitätsminimum an einem inneren Punkt oder einem mittleren Punkt hat,
wobei vorzugsweise der erste Strahl durch die Überlagerung der Strahlen von mindestens 3 oder mindestens 5 Strahlungsquellen erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die durch den ersten Strahl Kristallisation an einer Kristallisationsgrenze (20b, 21b) zwischen einem flüssigem Gebiet (18b) und einem festen Gebiet (22b, 26b, 28b) der mindestens einen Halbleiterschicht (254) stattfindet,
wobei die Kristallisationsgrenze {20b, 21b) einen Verlauf hat der seine Krümmungsrichtung an der Oberfläche der mindestens einen Halbleiterschicht (254) vorzugsweise mindestens -zwei Mal oder mindestens drei Mal oder genau drei Mal ändert, wobei ein Teil (26b) des festen Gebiets (22b, 26b, 28b) an einem auf einer Seite eines inneren Abschnitts (62) der Kristallisationsgrenze (20b, 21b) liegenden Abschnitt (60) der Kristallisationsgrenze (20b, 21b) konvex ist und vorzugsweise ein anderer Teil (28b) des festen Gebiets (22b, 26b, 28b) auf der anderen Seite des inneren Abschnitts (62) an einem weiteren Abschnitte der Kristallisationsgrenze {20b, 21b) ebenfalls konvex ist, und wobei der innere Abschnitt (62) an einem weiteren Teil (22b) des festen Gebiets (22b, 26b, 28b) konkav ist,
und wobei vorzugsweise die genannten Abschnitte (60 bis 64) aneinander grenzen,
oder wobei der innere Abschnitt durch die zwei größten Abstände (ABl, AB2) von Orten auf der Kristallisierungslinie (20b) von einer Symmetrielinie S begrenzt wird, wobei die Symmetrielinie S vorzugsweise in einem Querschnitt quer zur Ausbreitungsrichtung des ersten Strahls (IIb, 222) in einer Längsrichtung des bestrahlten Bereiches liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der innere Abschnitt (€2) bei seiner Projektion auf eine Richtung (16b) parallel zur relativen Bewegungsrichtung des ersten Strahls (IIb, 11c, 222) in Bezug auf das Modul (10b, 10c, 130, 210 bis 214) eine erste Länge (Alb) hat,
und wobei der innere Abschnitt■■ (62) bei seiner Projektion auf eine Richtung im Winkel von 90 Winkelgrad zu der relativen Bewegungsrichtung eine zweite Länge (B2b) hat,
wobei die zweite Länge (B2b) mindestens so groß, mindestens doppelt so groß, mindestens drei Mal so groß oder mindestens 10 Mal so groß wie die erste Länge (Alb) ist,
oder wobei das Verhältnis der ersten Länge (Alb) zu der zweiten Länge (B2b) im Bereich von 1:40 bis 1:4 liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Abstand zwischen den beiden Enden des inneren Abschnitts (62) oder die Breite des erzeugten .Einkristalls mindestens 40 Mikrometer, mindestens 100 Mikrometer, mindestens 1 Millimeter, von mindestens 1 Zentimeter oder mindestens 3 Zentimeter ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der innere Abschnitt (62) bei seiner Projektion auf eine Richtung parallel zu der relativen . Bewegungsrichtung (16b) des ersten Strahls (IIb, llc 222) in Bezug auf das Trägersubstrat (250) eine erste Ausdehnung (Alb) hat, die mindestens 1 Mikrometer oder mindestens 2 Mikrometer oder mindestens 3 Mikrometer beträgt,
und wobei vorzugsweise die erste Ausdehnung (Alb) kleiner als 30 Prozent oder kleiner als 10 Prozent einer zweiten Ausdeh- nung (B2b) ist, die der innere Abschnitt (62) bei einer Projektion auf eine im Winkel von 90 Winkelgrad zu der relativen Bewegungsrichtung des ersten Strahls (12b bis 12d, 222, 232) liegenden Richtung hat,
und wobei die erste Ausdehnung (Alb) vorzugsweise kleiner als 30 Mikrometer oder kleiner als 20 Mikrometer oder kleiner als 15 Mikrometer oder kleiner als 10 Mikrometer ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Strahl (IIb, 11c, 222) und/oder der zweite Strahl (lld, 232) kontinuierlich strahlt, insbesondere für ein Zeit, in der er über eine Strecke (Sl) auf dem Halbleitermodul (10b, 10c, 130, 210 bis 214) geführt wird, die länger als 1 Zentimeter oder länger als 10 Zentimeter ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Strahl (IIb, 11c, 222) und/oder der zweite Strahl (lld, 232) eine elektromagnetische Strahlung überträgt, insbesondere eine kohärente Strahlung,
wobei vorzugsweise der erste Strahl (IIb, 11c, 222) und/oder der zweite Strahl (lld, 232) eine Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 100 Nanometer bis 1600 Nanometer hat, vorzugsweise im Bereich von 400 Nanometer bis 1200 Nanometer.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Strahl (IIb, 11c, 222) eine Kristallisation in einem nach der Kristallisation einkristallinem Gebiet (22b) bewirkt, das im.Winkel von 90 Winkelgrad zu einer relativen Bewegungsrichtung zwischen dem ersten Strahl (IIb, 11c, 222) und dem Trägersubstrat (250) eine Ausdehnung (B2b) von min- destens 100 Mikrometern, von mindestens 1 Millimeter, von mindestens 1 Zentimeter oder von mindestens 3 Zentimetern hat .
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem ersten Strahl (IIb, 11c, 222) und dem Trägersubstrat (250) eine erste relative Bewegungsrichtung (16b, 16c) verwendet wird,
und wobei zwischen dem zweiten Strahl (lld, 232) und dem Trägersubstrat (250) eine zweite relative Bewegungsrichtung verwendet wird,
wobei vorzugsweise die zweite Bewegungsrichtung parallel zu der ersten Bewegungsrichtung (16, 16c) liegt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Strahl in einem Querschnitt im Winkel von 90 Winkelgrad zur Ausbreitungsrichtung ein linienförmiger Strahl (lld, 232) ist,
und wobei sich vorzugsweise der zweite Strahl (lld, 232) auf der Halbleiterschicht (254) entlang einer -Geraden (15d) vom durch den ersten Strahl (IIb, 11c, 222) bestrahlten Gebiet (22b, 22c, 226) weg erstreckt, wobei die Gerade (15d) die mit der ersten Bewegungsrichtung (16b, 16c) einen Winkel (W2) im Bereich von 91 bis 179 Winkelgrad bildet, insbesondere im Bereich von 91 bis 150 Winkelgrad.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Strahl (lld, 232) einen lateralen Überlapp zu dem vom ersten Strahl überstrahlten Bereich hat,
wobei der Überlapp vorzugsweise kleiner als 10 Prozent der
Länge des zweiten Strahls (lld, 232) ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Strahl (lld, 232) eine andere Strahlform und/oder mindestens eine andere Strahlabmessung als der erste Strahl (IIb, 11c, 222) hat,
wobei vorzugsweise der zweite Strahl {lld, 232) eine ristal- lisationsgrenze (20d) erzeugt, die im Vergleich zu einer Kristallisationsgrenze (21b, 21c) des ersten Strahls (IIb, 11c, 22) mindestens die dreifache oder mindestens die zehnfache oder mindestens die hundertfache Länge hat.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Strahl (lld, 232) auf das Trägersubstrat (250) strahlt, während der erste Strahl (IIb, 11c, 222) auf das Trägersubstrat (250) strahlt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Strahl (lld, 232) an der oder an einer Kristallisationsgrenze (20c) des ersten Strahls (IIb, 11c, 222) angrenzend geführt wird,
wobei vorzugsweise ein Abstand (A2) zwischen der Kristallisationsgrenze (20c) des ersten Strahls {IIb, 11c, 222) im Bereich von 0 Millimetern oder 1 Millimeter bis zu 3 Millimetern liegt.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Strahl (IIb, 11c, 222) und der zweite Strahl (lld, 232) einander überlappen, vorzugsweise in einem Bereich, in dem mindestens 10 Prozent oder mindestens 30 Prozent der maximalen Strahlungsintensität des ersten Strahls (IIb, 11c, 222) vorhanden sind,
und/oder wobei der zweite Strahl (lld, 232) einen durch den ersten Strahl (IIb, 11c, 222) verflüssigten Bereich der Halbleiterschicht (254) bestrahlt, bevor dieser Bereich wieder kristallisiert .
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei der zweite Strahl (lld, 232) in einer Richtung -eine maximale Ausdehnung (L4) hat, wobei der zweite Strahl (12d, 232) in einer im Winkel von 90 Winkelgrad zu dieser Richtung liegenden zweiten Richtung eine zweite Ausdehnung hat,
wobei die zweite Ausdehnung höchstens 30 Prozent, höchstens 20 Prozent oder höchstens 10 Prozent der maximalen Ausdehnung beträgt, wobei vorzugsweise der zweite Strahl (lld, 232) ein linien- förmiger Strahl ist, der durch die Überlagerung der Strahlen von mindestens 3 oder mindestens 5 Strahlungsquellen erzeugt wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Strahl (lld, 232) auf einem Intensitätsplateau eine homogene Intensitätsverteilung hat, wobei sich das Intensitätsplateau über eine Länge erstreckt, die mindestens 50 Prozent oder mindestens 80 Prozent der Länge des zweiten Strahls (lld, 232) entspricht,
wobei vorzugsweise die Länge des zweiten Strahls (lld, 232) mindestens der 10 fachen Breite des zweiten Strahl (lld, 232) entspricht,
und wobei vorzugsweise die Abweichung der Intensität auf dem Plateau kleiner als 5 Prozent, kleiner als 2,5 Prozent oder kleiner als 1 Prozent Abweichung von einem Maximalwert der Intensität auf dem Plateau ist.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Strahl (IIb, 11c, 222) in einer Richtung eine maximale Ausdehnung (L2) hat, wobei der Strahl (12b bis 12d, 222, 322) in einer im Winkel von 90 Winkelgrad zu dieser Richtung liegenden zweiten Richtung eine zweite Ausdehnung (B2) hat, wobei die zweite Ausdehnung (B2) höchstens 30 Prozent, höchstens 20 Prozent oder höchstens 10 Prozent der maximalen Ausdehnung <L2) beträgt.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterschicht (254) oder ein zu kristallisierender Halbleiterschichtstapel (254) eine Schichtdicke im Bereich von einem Mikrometer bis 25 Mikrometer oder im Bereich von 2 Mikrometer bis 20 Mikrometer hat.
und wobei eine die Halbleiterschicht (254) enthaltende Solar- zelle ein Rückseitenreflektor und/oder eine Iichtstreuende Struktur enthält, und/oder wobei die Halbleiterschicht (254) aus Silizium besteht oder Silizium enthält,
und/oder wobei das Trägersubstrat (250) ein Glassubstrat ist oder Glas enthält,
und/oder wobei zwischen der Halbleiterschicht (254) und dem Trägersubstrat (250) eine Barriereschicht (252) angeordnet ist, vorzugsweise besehend aus oder enthaltend Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid oder Siliziumkarbid, und/oder wobei der mindestens eine Einkristall (22c, 22d) eine Länge größer als 1 Zentimeter oder größer als 10 Zentimeter hat,
und/oder wobei das Trägersubstrat (250) eine Größe von mindestens einem halben Quadratmeter, einem Quadratmeter oder von mindestens zwei -Quadratmetern hat.
22. Halbleitermodul (10b, 10c, 130, 210 bis 214), insbesondere nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestelltes Halbleitermodul (10b, 10c, 130, 210 bis 214), enthaltend:
ein Trägersubstrat (250),
und mindestens eine vom Trägersubstrat (250) getragene Halbleiterschicht (254),
wobei die mindestens eine Halbleiterschicht (254) entlang einer in einer ersten Richtung (208) verlaufenden ersten Strecke (Sl) monokristallin ist,
und wobei die mindestens eine Halbleiterschicht (254) entlang einer in einer zur ersten Richtung (208) quer liegenden Querrichtung verlaufenden zweiten Strecke (S2) monokristallin ist,
wobei die erste Strecke Sl) länger als 1 Zentimeter oder länger als 10 Zentimeter ist,
wobei die zweite Strecke (S2) länger als 1 Millimeter oder länger 5 Millimeter oder länger als 1 Zentimeter ist,
und wobei die erste Richtung (208) und die Querrichtung in einem Winkel von 90 Winkelgrad zueinander liegen.
23. Bestrahlungsanlage (200), insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder insbesondere zum Herstellen eines Halbleitermoduls (10b, 10c, 130, 210 bis 214) nach Anspruch 22,
mit einer Transportvorrichtung (202 bis 205) für Halbleitermodule (10b, 10c, 130, 210 bis 214), die eine Größe von mindestens einem halben Quadratmeter, einem Quadratmeter oder von mindestens zwei Quadratmetern haben,
mit einer ersten Bestrahlvorrichtung {220 ) zum Bestrahlen des Halbleitermoduls (10b, 10c, 130, 210 bis 214),
und mit einer zweiten Bestrahlvorrichtung {230) , insbesondere zum gleichzeitigen Bestrahlen desselben Halbleitermoduls (10b, 10c, 130, 210 bis 214).
24. Strahlerzeugungsvorrichtung, insbesondere zum Erzeugen des ersten Strahls (IIb, 11c, 222) in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder insbesondere zum Herstellen eines Halbleitermoduls (10b, 10c, 130, 210 bis 214) nach Anspruch 22 oder insbesondere zum Einsatz in einer Bestrahlungsanlage (200) nach Anspruch 23,
wobei ein von der Laserstrahlerzeugungsvorrichtung erzeugter Strahl (IIb, 11c, 222) ein auf einem geschlossenen Umlauf liegendes Strahlungs-Intensitätsmaximum (15b, 15c) in einer Schnittebene enthält, die im Winkel von 90 Winkelgrad zu der Ausbreitungsrichtung des Strahls (IIb, 11c, 222) liegt, vorzugsweise innerhalb des Umlaufs mindestens ein lokales Intensitätsminimum {14b, 14c) umgebend,
wobei das Intensitätsmaximum {15b, 15c) entlang einer Ellipsenlinie oder auf einer Umlauflinie (15b) liegt, die zwei zueinander parallel liegende Linien (50, 52) enthält, die durch zwei halbkreisförmige Linien (54, 56) an ihren Enden verbunden sind,
oder wobei das Intensitätsmaximum (15b, 15c) entlang des Umlaufs maximal weniger als 10 Prozent der maximalen Ausdehnung des geschlossenen Umlaufs von einer dieser Linien (15 bis 15c) entfernt liegt, oder wobei ein von der Laserstrahlerzeugungsvorrichtung erzeugter Strahl im Querschnitt zur Ausbreitungsrichtung einen linienförmigen Verlauf mit einem Intensitätsminimum an einem inneren Punkt oder einem mittleren Punkt hat.
25. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitermoduls (10b, 10c, 130, 210 bis 214) ,
wobei auf ein Trägersubstrat (250) mindestens eine Halbleiterschicht (254) aufgebracht wird,
wobei die mindestens eine Halbleiterschicht (254) mit einem Strahl (IIb, 11c, 222) bestrahlt wird, der mit einer Strahlerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 25 erzeugt wird, wobei der erste Strahl (IIb, 11c, 222) eine Kristallisation der mindestens einen Halbleiterschicht (254) unter Bildung mindestens eines Einkristalls (22b, 22c) bewirkt.
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