WO2017032763A1 - Device and method for machining a semiconductor substrate by means of laser radiation - Google Patents

Device and method for machining a semiconductor substrate by means of laser radiation Download PDF

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WO2017032763A1
WO2017032763A1 PCT/EP2016/069867 EP2016069867W WO2017032763A1 WO 2017032763 A1 WO2017032763 A1 WO 2017032763A1 EP 2016069867 W EP2016069867 W EP 2016069867W WO 2017032763 A1 WO2017032763 A1 WO 2017032763A1
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conditioning
semiconductor substrate
processing
laser
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Jan Nekarda
Andreas Brand
Martin Graf
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for processing a semiconductor substrate according to the preambles of claims 1 and 1 second
  • a semiconductor substrate in particular a Halbleitersu bstrats in the manufacture of a photovoltaic solar cell
  • different types of processing can be achieved:
  • an ablation of layers and / or partial areas of the semiconductor substrate can be effected by the laser radiation.
  • an entry of substances, in particular of dopants and / or an electrical contacting can take place.
  • a U crystallization of a near-surface region by the local application of laser radiation is possible.
  • the present invention is therefore based on the object of developing previously known methods for processing a semiconductor substrate by means of local application of laser radiation in order to achieve a higher process reliability and / or to enable a shortening of the process duration.
  • This object is achieved by a method according to claim 1 and by a device according to claim 12.
  • Advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
  • the method according to the invention is advantageously designed for implementation by means of the device according to the invention, in particular a preferred embodiment thereof.
  • the device according to the invention is preferably designed for implementation by means of the method according to the invention, in particular an advantageous embodiment thereof.
  • semiconductor substrate refers to a substrate which has at least one semiconductor layer
  • a semiconductor substrate may be a semiconductor wafer, in particular a silicon wafer
  • the semiconductor substrate may consist of a substrate having at least one semiconductor layer, for example one coated with a semiconductor layer
  • one or more additional layers can be encompassed by the semiconductor substrate, which layers can in particular be further semiconductor layers, dielectric layers, metallic layers and combinations thereof.
  • the semiconductor substrate is subjected to processing in a laser processing step locally in a processing area by means of processing laser radiation of a processing laser radiation source.
  • the semiconductor substrate is exposed in a conditioning area by means of conditioning laser radiation of a conditioning laser radiation source with an illumination intensity greater than 50,000 W / m 2 .
  • the illumination intensity refers to the intensity of the conditioning radiation on the surface of the semiconductor substrate, which is exposed to the conditioning radiation.
  • the invention is based on the knowledge that exposure of the semiconductor substrate with conditioning radiation by means of a separate conditioning laser radiation source to the processing laser radiation source has considerable advantages: the conditioning radiation causes at least in the conditioning area a heating and / or an increase in the free charge carrier density achieved. In typical processes, it is advantageous for an elevated temperature to be present in the processing area in which the semiconductor substrate is processed with the processing laser radiation and / or an increased density of free charge carriers.
  • the semiconductor substrate is preferably with an intensity greater than 1 00,000 W / m 2 , in particular greater
  • the semiconductor substrate is preferably applied in the conditioning area by means of conditioning laser radiation of the conditioning laser radiation source for a time greater than 0.1 s, in particular in the range from 0.01 s to 2 s, in particular in the range from 0.1 s to 1 s To ensure sufficient conditioning at the beginning of local laser processing.
  • the conditioning area preferably completely covers the processing area, in particular the conditioning area preferably projects at least over the processing area, preferably circumferentially, in an advantageous manner
  • the conditioning area In typical processing of a semiconductor substrate by means of local treatment with processing laser radiation, a laser beam of the processing laser radiation source is moved over the surface of the semiconductor substrate and / or a plurality of local areas of the semiconductor substrate are successively exposed to the processing laser radiation. In this case, it is advantageous for the conditioning area to cover a large area of the semiconductor substrate. In particular, it is advantageous that the conditioning region extends over the entire width of the semiconductor wafer, preferably that the conditioning region transverse to the extension across the width of the semiconductor wafer has a length of at least 0.01 cm, preferably at least 0.1 cm, in particular at least 1 cm. H hereby is given a large-scale conditioning of the semiconductor substrate. Depending on in which areas a local processing by means of the processing laser radiation, the processing area can be moved relative to the photovoltaic solar cell to always ensure a conditioning in the processing area.
  • the conditioning region extends over the entire semiconductor substrate.
  • the semiconductor substrate is thus exposed to the entire surface of the conditioning laser radiation. This ensures conditioning of the entire semiconductor substrate so that optimized process conditions are always available irrespective of which local areas are processed by means of processing laser radiation.
  • the semiconductor substrate is exposed to processing laser radiation on a processing side and to the conditioning laser radiation on this processing side.
  • the application is thus effected both with treatment laser radiation and with conditioning laser radiation from the same side.
  • the semiconductor substrate is disposed on a processing side with the processing laser radiation and on a substrate. opposite conditioning side acted upon by the conditioning laser radiation.
  • the application of treatment laser radiation on the one hand and conditioning laser radiation on the other hand takes place from two opposite sides of the semiconductor substrate.
  • this has the constructive advantage that the optical components for imaging the processing laser radiation on the one hand and the conditioning laser radiation on the other can be optimized and positioned without limiting the spatial arrangement of the processing laser radiation optical means by the spatial arrangement of the conditioning laser radiation optical means is.
  • H hereby can be achieved in particular in a structurally simple manner, a homogeneous design and loading of the semiconductor substrate with the conditioning laser radiation, in particular a full-area, homogeneous loading.
  • the semiconductor wafer is arranged on a support which is transparent to the conditioning laser radiation and for the conditioning laser radiation to be applied through the support.
  • the method according to the invention can be used in particular for one or more of the following methods: a generating of local electrical contacts by local melting by means of the processing laser radiation (hereinafter "LFC");
  • via vias that penetrate the semiconductor wafer
  • doping c introduction of dopant by local melting of the semiconductor substrate by means of the processing laser radiation
  • the method enables, in particular, two advantageous conditionings for processing the semiconductor substrate by means of the processing laser radiation, it being possible to achieve the two conditions alternatively or jointly:
  • At least heating of the semiconductor substrate for processing by means of the processing laser radiation is advantageous.
  • further elevated temperatures are advantageous, so that advantageously by applying the conditioning radiation, the semiconductor substrate at least in the conditioning region, preferably the entire semiconductor substrate, to a temperature of at least 200 ° C, in particular at least 300 ° C is heated.
  • heating to the indicated temperatures at least in the conditioning region preferably heating of the entire semiconductor substrate, in particular heating of the entire solar cell, is advantageous:
  • Doping to at least 400 ° C, preferably to a temperature in the
  • processing laser radiation sources having a wavelength in the range of 300 nm to 600 nm are used in order to achieve high processing efficiency.
  • laser radiation sources for laser beams in the aforementioned wavelength range represent cost-intensive elements of a corresponding processing device.
  • the processing laser radiation source can also be processed with laser radiation having a wavelength greater than 500 nm, in particular greater than 1000 nm, preferably greater than 2000 nm are used.
  • laser beam sources are less expensive (especially IR laser with a wavelength in the range 1000 nm to 1200 nm), so that in spite of the additional provision of an additional conditioning laser radiation source, a cost saving is possible. It is therefore particularly advantageous, by means of the conditioning laser radiation at least in the conditioning region, to generate a free charge carrier density greater than 1 ⁇ 10 16 cm -3 , in particular greater than 1 ⁇ 110 17 cm -3 .
  • the free carrier density is increased in order to increase the absorption of the processing laser radiation as described above, but that the temperature of the semiconductor substrate does not exceed a predetermined temperature to negative influences on the semiconductor substrate, in particular on the electronic Quality of the semiconductor substrate to avoid due to excessive heating.
  • the active cooling can be done by blowing by means of a cooling gas or ambient air, preferably cooled ambient air.
  • cooling can be effected by spraying and / or wetting the semiconductor substrate with cooling liquid.
  • an active cooling by an indirect or preferably immediate thermal contact of the solar cell with a cooling block, which is actively cooled take place.
  • a cooling block may in particular be formed in a manner known per se for the planar application of the photovoltaic solar cell to the cooling block and particularly preferably for sucking the solar cell to the cooling block in order to form a good thermal contact between the solar cell and the cooling block.
  • the cooling block can in itself have active cooling or be actively cooled by means of flow of a cooling medium, in particular a cooling liquid.
  • Processing operations in which an active cooling of the photovoltaic solar cell advantageously takes place at least during the application of the conditioning laser radiation to the semiconductor substrate are, in particular, LFC.
  • the conditioning laser radiation in the semiconductor substrate at least in the conditioning region, preferably in the entire semiconductor substrate, to have a free carrier density of at least 1 ⁇ 10 16 cm -3 , in particular at least 1 ⁇ 10 17 cm "3 causes.
  • a processing laser radiation with a wavelength greater than 1000 nm, in particular greater than 2000 nm.
  • a combination of a charge carrier density of at least 1 ⁇ 10 16 cm -3 in combination with a processing laser radiation having a wavelength greater than 2000 nm or a combination of a carrier density of at least 1 ⁇ 10 17 cm -3 in combination with a treatment laser radiation having a wavelength greater than 1000 nm is advantageous.
  • the conditioning laser radiation is preferably in a wavelength range 400 nm to 1200 nm. If only heating of the semiconductor substrate, but not or only slightly increasing the free carrier density is desired, a Kondition einslaserstrahlungs- source can be selected with a wavelength range which is not or only slightly absorbed by the semiconductor substrate.
  • the wavelength range of the processing laser radiation source is in the range of 900 to 1200 nm.
  • the semiconductor substrate has a conditioning-laser-absorbing layer, such as a metallized back surface in typical solar cells, it is possible to apply conditioning laser radiation to the photovoltaic solar cell from the opposite side of the aforementioned absorbent layer from the semiconductor substrate. so that the Kond ition istslaserstrahlung wholly or at least substantially from the absorbing for the conditioning laser radiation layer (in particular a metallic layer) is absorbed and thus the photovoltaic solar cell is substantially heated and not or only slightly free charge carriers are generated by absorption of the conditioning laser radiation.
  • the device according to the invention for processing a semiconductor substrate by means of a laser, in particular for producing a photovoltaic solar cell has a processing laser radiation source for local application of processing laser radiation to the semiconductor substrate.
  • the device can be designed in a manner known per se.
  • the device has means for a relative movement between the photovoltaic solar cell and the processing laser radiation.
  • Such means may be mechanical means for moving the photovoltaic solar cell and / or optical means for imaging the processing laser radiation to a desired processing location on the photovoltaic solar cell, in particular moving and / or rotating and / or tiltable deflecting mirrors in the beam path of the processing laser radiation.
  • the device has, in addition to the processing laser radiation source, a conditioning laser radiation source for applying conditioning laser radiation to the semiconductor substrate, an illumination intensity greater than 50,000 W / m 2 .
  • the conditioning laser radiation source is preferably designed as a diode laser, in particular as an array comprising a plurality of diode lasers.
  • Diode lasers have the advantage that a space-saving design, compared to other laser sources, is possible.
  • a simple control takes place via the corresponding supplied electrical power, so that the conditioning laser radiation can be switched on and off in particular at high cycle rates and / or readjusted during the process.
  • the use of a Meh number of lasers, in particular a plurality of diode lasers has the advantage that in a simple and cost-effective manner, a planar illumination of a conditioning area, in particular a flat illumination of the entire photovoltaic solar cell is possible.
  • a plurality of laser diodes is arranged as an array, in particular with at least 2 columns and at least 1 row.
  • the conditioning laser radiation source preferably has a wavelength in the range of 400 nm to 1200 nm, in particular in the range 600 nm to 900 nm, this results in the aforementioned advantages, depending on the application, in particular the wavelength ranges mentioned in the method advantageously, advantageously by a corresponding Design of conditioning laser radiation source, guaranteed.
  • the device has an active cooling for active cooling of the semiconductor substrate. This can be designed as described above.
  • the device has a holder for the semiconductor substrate and the holder is actively cooled in order to effect an active cooling of the photovoltaic solar cell by means of thermal contact between the holder and the photovoltaic solar cell.
  • the device has a holder for the semiconductor substrate, which is made transparent for the conditioning laser radiation.
  • the holder is hereby arranged in the beam path of the conditioning laser radiation between condition laserlaserstrahlungsttle and semiconductor substrate.
  • the photovoltaic solar cell it is thus possible for the photovoltaic solar cell to be acted upon by means of conditioning laser radiation through the holder.
  • This results in the advantage that machining of the side of the semiconductor substrate opposite the holder by means of processing laser radiation is possible without components of the conditioning laser radiation source or optical means for imaging the conditioning laser radiation having to be arranged in the beam path between the processing laser radiation source and the photovoltaic solar cell.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a device according to the invention, in which treatment laser radiation source and conditioning laser radiation source are arranged on the same side of a photovoltaic solar cell to be processed, and
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment, in which the conditioning laser radiation source and the processing laser radiation source are arranged on opposite sides of the solar cell.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a device according to the invention for processing a semiconductor substrate by means of a laser.
  • the device has a processing laser radiation source 1, which is designed as a pulsed I R laser.
  • a processing laser radiation source 1 which is designed as a pulsed I R laser.
  • the processing laser radiation source 1 is associated with a processing deflection unit 1 a, which serves for deflecting a laser beam generated by the processing laser radiation source 1 at any point of a solar cell 2 to be processed.
  • a machining laser beam 1b is provided which impinges on one of a plurality of successively to be processed points on the front side of the solar cell 2.
  • the processing laser radiation source generates laser radiation having a wavelength of 1030 nm.
  • the apparatus shown in FIG. 1 additionally has a conditioning laser radiation source 3.
  • This is designed as a diode laser.
  • the conditioning laser radiation source 3 can be assigned an optical system 3a as an optical means in order to subject a front side of the photovoltaic solar cell 2 to a planar and homogeneous conditioning laser radiation 3b.
  • the conditioning laser radiation source 3 and the optical lens 3a are designed cooperatively such that the conditioning laser radiation impinges on the surface of the solar cell 2 with an illumination intensity of approximately 100,000 W / m 2 .
  • excess charge carriers are generated in the solar cell 2 and, moreover, the solar cell is heated to a temperature of approximately 350 ° C.
  • the solar cell 2 is arranged on a holder 4 of the device.
  • a slight heat conduction between the solar cell 2 and the holder 4 is desired, since by means of the conditioning laser radiation 3b, in particular re heating of the solar cell 2 should take place.
  • the holder 4 holding pins on soft the solar cell 2 rests on the back, so that only one compared to the back surface of the solar cell 2 comparatively small contact area between the solar cell 2 and holder 4 and a correspondingly comparatively low thermal contact exists.
  • the holder 4 may be formed from a thermally insulating material and / or be coated on the side facing the solar cell 2 with a thermally insulating layer.
  • the following preferred embodiments of a method according to the invention can be carried out in particular: a. Generation of local electrical contacts by local melting by means of the processing laser radiation (wavelength 1000 nm to 1200 nm).
  • An increased semiconductor substrate temperature by the conditioning laser (wavelength of 700 nm to 900 nm) increases the melting efficiency and by a slower cooling of the melt after processing, the crystallinity is increased and the formation of a local high doping in the contact area is improved.
  • a conditioning radiation with a wavelength of 700 to 900 nm leads to an increase in the wafer temperature. This increases the material removal rate and thus the drilling efficiency. The increased semiconductor substrate temperature additionally reduces the recrystallization damage at the edges of the vias due to a slower cooling rate.
  • a conditioning radiation with a wavelength of 700 to 900 nm leads to an increase in the wafer temperature. Increasing the temperature improves diffusion of the dopant in the semiconductor substrate, and possible damage to the material may recrystallize due to slower cooling ramps.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a device according to the invention.
  • This device also has a processing laser radiation source 1 and a processing deflection unit 1 a in order to successively image a processing laser beam 1 b onto a plurality of predetermined location points on a front side of a solar cell 2.
  • a conditioning laser radiation source 3 ' is arranged on the side of the solar cell 2 opposite the treatment laser radiation source 1.
  • the conditioning laser radiation source 3 ' is formed as an array of semiconductor diode lasers, so that the semiconductor lasers are arranged on the crossing points of a square grid with square base elements. In plan view from above, the array has an area of about 1 5 ⁇ 1 5 cm 2 . In this way, a comparatively homogeneous, areal conditioning laser radiation 3b 'is generated by the plurality of semiconductor laser diodes.
  • the solar cell 2 is arranged on a holder 4 'which is transparent to the conditioning laser radiation - with a wavelength of 808 nm, so that the conditioning laser radiation penetrates the holder 4' and impinges on the solar cell 2 at the back.
  • the solar cell 2 already has a metallization over the full area or approximately over the entire area, so that the conditioning laser radiation 3b 'does not or only slightly penetrates into a semiconductor solar cell 2 and thus substantially heating of the solar cell 2 takes place and no or only a slight generation of free solar cells Load carriers in the solar cell 2 is due to absorption of the conditioning laser radiation 3b 'in the semiconductor substrate of the solar cell 2.
  • the device according to FIG. 1 has an actively cooled holder 4, on which the solar cell 2 rests flat on the back, so that there is good thermal contact between solar cell 2 and holder 4.
  • the holder 4 has for this purpose lines for ahariflü liquid, which is supplied cooled by an external cooling unit.
  • the holder 4 is essentially made of metal, in particular of copper, and thus has a large thermal mass and a high thermal conductivity.

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Abstract

The invention relates to a method for machining a semiconductor substrate, in particular a semiconductor substrate for producing a photovoltaic solar cell. Said method comprises a laser machining step in which the semiconductor substrate is locally subjected to machining laser radiation from a machining laser radiation source in a machining area. The invention is characterised in that before and/or during the laser machining step, the semiconductor substrate is subjected to an illumination intensity greater than 50,000 w/m2 in a conditioning area by means of conditioning laser radiation from a conditioning laser radiation source.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats  Apparatus and method for processing a semiconductor substrate
mittels Laserstrahlung  by means of laser radiation
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 1 2. The invention relates to a device and a method for processing a semiconductor substrate according to the preambles of claims 1 and 1 second
Zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats, insbesondere eines Halbleitersu bstrats bei der Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle, ist es bekannt, das Halbleitersubstrat lokal mittels Laserstrahlung zu beaufschlagen . H ierdurch können unterschiedliche Bearbeitungsarten erzielt werden : So kann eine Ablati- on von Schichten und/oder Teilbereichen des Halbleitersubstrates durch die Laserstrahlung erfolgen . Alternativ oder zusätzlich können aufgrund eines lokalen Aufschmelzens ein Eintrag von Stoffen , insbesondere von Dotierstoffen und/oder eine elektrische Kontaktierung erfolgen . Ebenso ist aufgrund der Wärmeeinwirkung ein U mkristallisieren eines oberflächennahen Bereiches durch die lokale Beaufschlagung mit Laserstrahlung möglich . For processing a semiconductor substrate, in particular a Halbleitersu bstrats in the manufacture of a photovoltaic solar cell, it is known to apply the semiconductor substrate locally by means of laser radiation. Hereby, different types of processing can be achieved: Thus, an ablation of layers and / or partial areas of the semiconductor substrate can be effected by the laser radiation. Alternatively or additionally, due to a local melting, an entry of substances, in particular of dopants and / or an electrical contacting can take place. Likewise, due to the effect of heat, a U crystallization of a near-surface region by the local application of laser radiation is possible.
Bei solchen Bearbeitungsvorgängen des Halbleitersubstrats mittels lokaler Beaufschlagung mit Laserstrahlung ist es stets vorteilhaft, den Energieeintrag in einem engen Parameterbereich vorgeben zu können , um unerwünschte Effekte, insbesondere Schädigungen des Halbleitersubstrats, welche die elektronische Güte verringern , zu vermeiden. Weiterhin sind kurze Prozesszeiten vorteilhaft, um Kosteneinsparungen im Herstellungsprozess zu erzielen . In such processing operations of the semiconductor substrate by means of local application of laser radiation, it is always advantageous to be able to specify the energy input in a narrow parameter range in order to avoid undesired effects, in particular damage to the semiconductor substrate, which reduce the electronic quality. Furthermore, short process times are advantageous to achieve cost savings in the manufacturing process.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, vorbekannte Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrates mittels lokaler Beaufschlagung mit Laserstrahlung weiterzubilden , um eine höhere Prozesssicherheit zu erzielen und/oder eine Verkürzung der Prozessdauer zu ermöglichen . Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen . The present invention is therefore based on the object of developing previously known methods for processing a semiconductor substrate by means of local application of laser radiation in order to achieve a higher process reliability and / or to enable a shortening of the process duration. This object is achieved by a method according to claim 1 and by a device according to claim 12. Advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhafterweise zur Durchführung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon , ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere einer vorteilhaften Ausführungsform davon , ausgeführt. The method according to the invention is advantageously designed for implementation by means of the device according to the invention, in particular a preferred embodiment thereof. The device according to the invention is preferably designed for implementation by means of the method according to the invention, in particular an advantageous embodiment thereof.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrates. Der Begriff „Halbleitersubstrat" bezeichnet hierbei und im Folgenden ein Substrat, welches zumindest eine Halbleiterschicht aufweist. Ein solches Halbleitersubstrat kann ein Halbleiterwafer sein , insbesondere ein Siliziumwafer. Ebenso kann das Halbleitersubstrat aus einem Substrat mit mindestens einer Halbleiterschicht bestehen , beispielsweise ein mit einer Halbleiterschicht beschichtetes Keramiksubstrat. Weiterhin liegt es im Rahmen des Begriffs Halbleitersubstrat, dass eine oder mehrere zusätzliche Schichten von dem Halbleitersubstrat umfasst sein können . Diese Schichten können insbesondere weitere Halbleiterschichten , dielektrische Schichten , metallische Schichten sowie Kombinationen hiervon sein . The method according to the invention serves to process a semiconductor substrate. Here and below, the term "semiconductor substrate" refers to a substrate which has at least one semiconductor layer Such a semiconductor substrate may be a semiconductor wafer, in particular a silicon wafer, Similarly, the semiconductor substrate may consist of a substrate having at least one semiconductor layer, for example one coated with a semiconductor layer Furthermore, it is within the scope of the term "semiconductor substrate" that one or more additional layers can be encompassed by the semiconductor substrate, which layers can in particular be further semiconductor layers, dielectric layers, metallic layers and combinations thereof.
Das Halbleitersubstrat wird zur Bearbeitung in einem Laserbearbeitungsschritt lokal in einem Bearbeitungsbereich mittels Bearbeitungslaserstrahlung einer Bearbeitungslaserstrahlungsquelle beaufschlagt. The semiconductor substrate is subjected to processing in a laser processing step locally in a processing area by means of processing laser radiation of a processing laser radiation source.
Wesentlich ist, dass vor und/oder während des Laserbearbeitungsschritts das Halbleitersubstrat in einem Konditionierungsbereich mittels Konditionierungsla- serstrahlung einer Konditionierungslaserstrahlungsquelle mit einer Beleuchtungsintensität größer 50.000 W/m2 beaufschlagt wird . It is essential that before and / or during the laser processing step, the semiconductor substrate is exposed in a conditioning area by means of conditioning laser radiation of a conditioning laser radiation source with an illumination intensity greater than 50,000 W / m 2 .
H ierbei und im Folgenden bezeichnet die Beleuchtungsintensität die I ntensität der Konditionierungsstrahlung an der Oberfläche des Halbleitersubstrats, welche mit der Konditionierungsstrahlung beaufschlagt wird . Die Erfindung ist in der Erkenntnis begründet, dass eine Beaufschlagung des Halbleitersubstrats mit Konditionierungsstrahlung durch eine zu der Bearbei- tungslaserstrahlungsquelle zusätzliche, separate Konditionierungslaserstrah- lungsquelle erhebliche Vorteile aufweist: Durch die Konditionierungsstrahlung wird zumindest in dem Konditionierungsbereich eine Erwärmung und/oder eine Erhöhung der freien Ladungsträgerdichte erzielt. Bei typischen Prozessen ist es vorteilhaft, dass in dem Bearbeitungsbereich , in welchem das Halbleitersubstrat mit der Bearbeitungslaserstrahlung bearbeitet wird , eine erhöhte Temperatur vorliegt und/oder eine erhöhte Dichte an freien Ladungsträgern . Durch die Verwendung einer separaten Konditionierungslaserstrahlungsquelle, welche mit hoher I ntensität größer 50.000 W/m2 zumindest in dem Konditionierungsbereich das Halbleitersubstrat beaufschlagt, kann somit in konstruktiv und verfahrenstechnisch einfacher Weise ein optimierter Zustand des Halbleitersubstrates in dem Bearbeitungsbereich erzielt werden . Hierdurch wird eine höhere Prozesssicherheit bei der Bearbeitung des Halbleitersubstrats und/oder eine Beschleun igung des Bearbeitungsprozesses erzielt. Herein, and hereinafter, the illumination intensity refers to the intensity of the conditioning radiation on the surface of the semiconductor substrate, which is exposed to the conditioning radiation. The invention is based on the knowledge that exposure of the semiconductor substrate with conditioning radiation by means of a separate conditioning laser radiation source to the processing laser radiation source has considerable advantages: the conditioning radiation causes at least in the conditioning area a heating and / or an increase in the free charge carrier density achieved. In typical processes, it is advantageous for an elevated temperature to be present in the processing area in which the semiconductor substrate is processed with the processing laser radiation and / or an increased density of free charge carriers. By using a separate conditioning laser radiation source, which acts on the semiconductor substrate at a high intensity of more than 50,000 W / m 2 at least in the conditioning region, an optimized state of the semiconductor substrate in the processing region can thus be achieved in a constructively and procedurally simple manner. As a result, a higher process reliability in the processing of the semiconductor substrate and / or acceleration of the machining process is achieved.
U m eine schnelle Konditionierung zu erzielen , wird das Halbleitersubstrat bevorzugt mit einer I ntensität größer 1 00.000 W/m2, insbesondere größer In order to achieve rapid conditioning, the semiconductor substrate is preferably with an intensity greater than 1 00,000 W / m 2 , in particular greater
200.000 W/m2, weiter bevorzugt größer 500.000 W/m2 beaufschlagt. 200,000 W / m 2 , more preferably greater than 500,000 W / m 2 applied.
Vorzugsweise wird das Halbleitersubstrat vor dem Laserbearbeitungsschritt in dem Konditionierungsbereich mittels Konditionierungslaserstrahlung der Kond i- tionierungslaserstrahlungsquelle für eine Zeitdauer größer 0, 1 s, insbesondere im Bereich 0,01 s bis 2 s, insbesondere im Bereich 0, 1 s bis 1 s beaufschlagt, um eine ausreichende Konditionierung bei Beginn der lokalen Laserbearbeitung zu gewährleisten . The semiconductor substrate is preferably applied in the conditioning area by means of conditioning laser radiation of the conditioning laser radiation source for a time greater than 0.1 s, in particular in the range from 0.01 s to 2 s, in particular in the range from 0.1 s to 1 s To ensure sufficient conditioning at the beginning of local laser processing.
Vorzugsweise überdeckt der Konditionierungsbereich den Bearbeitungsbereich vollständig, insbesondere überragt der Konditionierungsbereich den Bearbeitungsbereich bevorzugt umlaufend in vorteilhafter Weise um mindestens The conditioning area preferably completely covers the processing area, in particular the conditioning area preferably projects at least over the processing area, preferably circumferentially, in an advantageous manner
0,01 cm , vorzugsweise um mindestens 0, 1 cm , insbesondere zumindest 1 cm . H ierdurch ist sichergestellt, dass in dem Bearbeitungsbereich die gewünschten Prozessbedingungen vorliegen . Bei typischen Bearbeitungen eines Halbleitersubstrates mittels lokaler Beaufschlagung mit Bearbeitungslaserstrahlung erfolgt ein Bewegen eines Laserstrahls der Bearbeitungslaserstrahlungsquelle über die Oberfläche des Halbleitersubstrates und/oder ein sukzessives Beaufschlagen einer Mehrzahl lokaler Bereiche des Halbleitersubstrates mit der Bearbeitungslaserstrahlung. Hierbei ist es vorteilhaft, dass der Konditionierungsbereich einen großflächigen Bereich des Halbleitersubstrates überdeckt. I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass der Konditionierungsbereich sich über die gesamte Breite des Halbleiterwafers erstreckt, bevorzugt, dass der Konditionierungsbereich quer zur Erstreckung über die Breite des Halbleiterwafers eine Länge von zumindest 0,01 cm , vorzugsweise zumindest 0, 1 cm , insbesondere zumindest 1 cm aufweist. H ierdurch ist eine großflächige Konditionierung des Halbleitersubstrats gegeben . Abhängig davon , in welchen Bereichen eine lokale Bearbeitung mittels der Bearbeitungslaserstrahlung erfolgt, kann der Bearbeitungsbereich relativ zu der photovolta ischen Solarzelle verschoben werden , um stets eine Konditionierung in den Bearbeitungsbereich sicherzustellen . 0.01 cm, preferably at least 0, 1 cm, in particular at least 1 cm. This ensures that the desired process conditions are available in the processing area. In typical processing of a semiconductor substrate by means of local treatment with processing laser radiation, a laser beam of the processing laser radiation source is moved over the surface of the semiconductor substrate and / or a plurality of local areas of the semiconductor substrate are successively exposed to the processing laser radiation. In this case, it is advantageous for the conditioning area to cover a large area of the semiconductor substrate. In particular, it is advantageous that the conditioning region extends over the entire width of the semiconductor wafer, preferably that the conditioning region transverse to the extension across the width of the semiconductor wafer has a length of at least 0.01 cm, preferably at least 0.1 cm, in particular at least 1 cm. H hereby is given a large-scale conditioning of the semiconductor substrate. Depending on in which areas a local processing by means of the processing laser radiation, the processing area can be moved relative to the photovoltaic solar cell to always ensure a conditioning in the processing area.
Vorteilhafterweise erstreckt sich der Konditionierungsbereich über das gesamte Halbleitersubstrat. Das Halbleitersubstrat wird somit in dieser vorteilhafter Ausgestaltung ganzflächig mit der Konditionierungslaserstrahlung beaufschlagt. H ierdurch ist eine Konditionierung des gesamten Halbleitersubstrats gewährleistet, sodass unabhängig davon , an welchen lokalen Bereichen eine Bearbeitung mittels Bearbeitungslaserstrahlung erfolgt, stets optimierte Prozessbedingu ngen vorliegen . Advantageously, the conditioning region extends over the entire semiconductor substrate. In this advantageous embodiment, the semiconductor substrate is thus exposed to the entire surface of the conditioning laser radiation. This ensures conditioning of the entire semiconductor substrate so that optimized process conditions are always available irrespective of which local areas are processed by means of processing laser radiation.
I n einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Halbleitersubstrat auf einer Bearbeitungsseite mit Bearbeitungslaserstrahlung und auf dieser Bearbeitungsseite mit der Konditionierungslaserstrahlung beaufschlagt. I n dieser vorteilhaften Ausführungsform erfolgt somit die Beaufschlagung sowohl mit Bearbeitungslaserstrahlung als auch mit Konditionierungslaserstrahlung von derselben Seite. Dies weist den Vorteil auf, dass das zu bearbeitende Halbleitersubstrat beliebig gelagert werden kann , insbesondere in an sich bekannten Fördervorrichtungen oder Aufnahmevorrichtungen gelagert werden kann . In an advantageous embodiment, the semiconductor substrate is exposed to processing laser radiation on a processing side and to the conditioning laser radiation on this processing side. In this advantageous embodiment, the application is thus effected both with treatment laser radiation and with conditioning laser radiation from the same side. This has the advantage that the semiconductor substrate to be processed can be stored in any desired manner, in particular can be stored in known conveying devices or receiving devices.
I n einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Halbleitersubstrat auf einer Bearbeitungsseite mit der Bearbeitungslaserstrahlung und auf einer ge- genüberliegenden Konditionierungsseite mit der Konditionierungslaserstrahlung beaufschlagt. I n diesem Fall erfolgt somit die Beaufschlagung mit Bearbeitungslaserstrahlung einerseits und Konditionierungslaserstrahlung andererseits von zwei gegenüberliegenden Seiten des Halbleitersubstrats. Dies weist insbesondere den konstruktiven Vorteil auf, dass die optischen Komponenten zum Abbilden der Bearbeitungslaserstrahlung einerseits und der Konditionierungslaserstrahlung andererseits optimiert ausgebildet und positioniert werden können , ohne dass die räumliche Anordnung der optischen Mittel für die Bearbeitungslaserstrahlung durch die räumliche Anordnung der optischen Mittel für die Konditionierungslaserstrahlung eingeschränkt ist. H ierdurch kann insbesondere in konstruktiv einfacher Weise eine homogene Ausgestaltung und Beaufschlagung des Halbleitersubstrates mit der Konditionierungslaserstrahlung, insbesondere eine ganzflächige, homogene Beaufschlagung erzielt werden . In a further advantageous embodiment, the semiconductor substrate is disposed on a processing side with the processing laser radiation and on a substrate. opposite conditioning side acted upon by the conditioning laser radiation. In this case, therefore, the application of treatment laser radiation on the one hand and conditioning laser radiation on the other hand takes place from two opposite sides of the semiconductor substrate. In particular, this has the constructive advantage that the optical components for imaging the processing laser radiation on the one hand and the conditioning laser radiation on the other can be optimized and positioned without limiting the spatial arrangement of the processing laser radiation optical means by the spatial arrangement of the conditioning laser radiation optical means is. H hereby can be achieved in particular in a structurally simple manner, a homogeneous design and loading of the semiconductor substrate with the conditioning laser radiation, in particular a full-area, homogeneous loading.
Weiterhin ist es insbesondere vorteilhaft, dass der Halbleiterwafer auf einer für die Konditionierungslaserstrahlung transparenten Auflage angeordnet wird und durch die Auflage hindurch mit der Konditionierungslaserstrahlung beaufschlagt wird . Furthermore, it is particularly advantageous for the semiconductor wafer to be arranged on a support which is transparent to the conditioning laser radiation and for the conditioning laser radiation to be applied through the support.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für eines oder mehrere der nachfolgenden Verfahren verwendbar: a Erzeugen von lokalen elektrischen Kontaktierungen durch lokales Aufschmelzen mittels der Bearbeitungslaserstrahlung (im Folgenden „LFC"); The method according to the invention can be used in particular for one or more of the following methods: a generating of local electrical contacts by local melting by means of the processing laser radiation (hereinafter "LFC");
b Erzeugen von Vias, welche den Halbleiterwafer durchdringen (im Folgenden„Via");  b generating vias that penetrate the semiconductor wafer (hereinafter "via");
c Einbringen von Dotierstoff durch lokales Aufschmelzen des Halbleitersubstrats mittels der Bearbeitungslaserstrahlung (im Folgenden „Dotieren");  c introduction of dopant by local melting of the semiconductor substrate by means of the processing laser radiation (hereinafter "doping");
d U mkristallisieren einer Schicht des Halbleitersubstrats durch zumindest lokales Aufschmelzen des Halbleitersubstrats mittels der Bear- beitungslaserstrahlung (im Folgenden„U mkristallisieren"); e Erzeugen von lokalen Strukturen in dünnen Schichten durch deren Ab- lation mittels der Bearbeitungslaserstrahlung (im Folgenden„Ablati- on"). Wie bereits erwähnt, ermöglicht das Verfahren insbesondere zwei vorteilhafte Konditionierungen zur Bearbeitung des Halbleitersubstrates mittels der Bearbeitungslaserstrahlung, wobei die beiden Konditionierungen alternativ oder gemeinsam erzielt werden können : d U crystallizing a layer of the semiconductor substrate by at least local melting of the semiconductor substrate by means of the processing laser radiation (hereinafter "recrystallize"); e generating local structures in thin layers by their removal by means of the processing laser radiation (hereinafter "ablation "). As already mentioned, the method enables, in particular, two advantageous conditionings for processing the semiconductor substrate by means of the processing laser radiation, it being possible to achieve the two conditions alternatively or jointly:
Für eine Vielzahl von Verfahren ist zumindest eine Erwärmung des Halbleitersubstrates zur Bearbeitung mittels der Bearbeitungslaserstrahlung vortei lhaft. H ierbei ist es in der Regel unerheblich , ob zusätzlich die freie Ladu ngsträgerdichte aufgrund der Konditionierungsstrahlung erhöht wird oder nicht. Es ist somit insbesondere vorteilhaft, durch Beaufschlagen mittels der Konditionierungsstrahlung das Halbleitersubstrat zumindest im Konditionierungsbereich , vorzugsweise das gesamte Halbleitersubstrat, auf eine Temperatur von zumindest 50°C, insbesondere zu mindest 1 00°C zu erwärmen . Für eine Vielzahl von Prozessen sind weiter erhöhte Temperaturen vorteilhaft, so dass vorteilhafterweise durch Beaufschlagen mittels der Konditionierungsstrahlung das Halbleitersubstrat zumindest im Konditionierungsbereich , vorzugsweise das gesamte Halbleitersubstrat, auf eine Temperatur von zumindest 200°C, insbesondere zumindest 300°C erwärmt wird . For a variety of methods, at least heating of the semiconductor substrate for processing by means of the processing laser radiation is advantageous. In this case, it is generally irrelevant whether, in addition, the free charge carrier density is increased due to the conditioning radiation or not. It is thus particularly advantageous to heat the semiconductor substrate at least in the conditioning region, preferably the entire semiconductor substrate, to a temperature of at least 50 ° C., in particular to at least 100 ° C., by applying it by means of the conditioning radiation. For a plurality of processes further elevated temperatures are advantageous, so that advantageously by applying the conditioning radiation, the semiconductor substrate at least in the conditioning region, preferably the entire semiconductor substrate, to a temperature of at least 200 ° C, in particular at least 300 ° C is heated.
I nsbesondere für folgende Bearbeitungsverfahren ist eine Erwärmung auf die angegebenen Temperaturen zumindest im Konditionierungsbereich , vorzugsweise ein Erwärmen des gesamten Halbleitersubstrates, insbesondere eine E rwärmen der gesamten Solarzelle vorteilhaft: In particular for the following processing methods, heating to the indicated temperatures at least in the conditioning region, preferably heating of the entire semiconductor substrate, in particular heating of the entire solar cell, is advantageous:
Figure imgf000007_0001
Via zu mindest 400°C, bevorzugt auf eine Temperatur im
Figure imgf000007_0001
Via at least 400 ° C, preferably to a temperature in the
Bereich 500°C bis 1 500°C, insbesondere im Bereich 600°C bis 1400°C mit einer I ntensität bevorzugt größer 1 00.000 W/m2, insbesondere größer Range 500 ° C to 1 500 ° C, in particular in the range 600 ° C to 1400 ° C with a I intensity, preferably greater than 1 00,000 W / m 2 , in particular greater
200.000 W/m2, weiter bevorzugt größer 200,000 W / m 2 , more preferably larger
500.000 W/m2 500,000 W / m 2
Dotieren zu mindest 400°C, bevorzugt auf eine Temperatur im  Doping to at least 400 ° C, preferably to a temperature in the
Bereich 500°C bis 1 500°C, insbesondere im Bereich 600°C bis 1400°C mit einer I ntensität bevorzugt größer 1 00.000 W/m2, insbesondere größer Range 500 ° C to 1 500 ° C, in particular in the range 600 ° C to 1400 ° C with a I intensity, preferably greater than 1 00,000 W / m 2 , in particular greater
200.000 W/m2, weiter bevorzugt größer 200,000 W / m 2 , more preferably larger
500.000 W/m2 500,000 W / m 2
U mkristallisieren zu mindest 400°C, bevorzugt auf eine Temperatur im  U crystallize to at least 400 ° C, preferably to a temperature in the
Bereich 500°C bis 1 500°C, insbesondere im Bereich 600°C bis 1400°C mit einer I ntensität bevorzugt größer 1 00.000 W/m2, insbesondere größer Range 500 ° C to 1 500 ° C, in particular in the range 600 ° C to 1400 ° C with a I intensity, preferably greater than 1 00,000 W / m 2 , in particular greater
200.000 W/m2, weiter bevorzugt größer 200,000 W / m 2 , more preferably larger
500.000 W/m2 500,000 W / m 2
Ablation zu mindest 400°C, bevorzugt auf eine Temperatur im  Ablation to at least 400 ° C, preferably to a temperature in the
Bereich 500°C bis 1 500°C, insbesondere im Bereich 600°C bis 1400°C mit einer I ntensität bevorzugt größer 1 00.000 W/m2, insbesondere größer Range 500 ° C to 1 500 ° C, in particular in the range 600 ° C to 1400 ° C with a I intensity, preferably greater than 1 00,000 W / m 2 , in particular greater
200.000 W/m2, weiter bevorzugt größer 200,000 W / m 2 , more preferably larger
500.000 W/m2 500,000 W / m 2
Bei einigen Bearbeitungsverfahren ist es sinnvoll , die freie Ladungsträgerdichte zu erhöhen . Dies ist insbesondere darin begründet, dass sich die Absorption des Bearbeitungslasers in dem Halbleitersubstrat erhöht, sofern mittels der Konditionierungslaserstrahlung die freie Ladungsträgerdichte erhöht wird . H ierdurch kann somit die Effizienz der Bearbeitung verbessert werden . For some processing methods, it makes sense to increase the free carrier density. This is due, in particular, to the fact that the absorption of the processing laser in the semiconductor substrate increases if the free carrier density is increased by means of the conditioning laser radiation. Hereby, thus, the efficiency of processing can be improved.
Darüber hinaus bietet sich ein erheblicher Vorteil , indem aufgrund einer erhöhten Absorption durch Erhöhen der freien Ladungsträgerdichte mittels der Kond i- tionierungslaserstrahlung eine kostengünstigere Bearbeitungslaserstrahlungs- quelle gegenüber der bisher typischerweise verwendeten Bearbeitungslaser- Strahlungsquelle verwendet werden kann : In addition, there is a considerable advantage in that, due to increased absorption by increasing the free charge carrier density by means of conditioner laser radiation, a more cost-effective processing laser irradiation source can be used in relation to the machining laser radiation source typically used so far:
So werden für typische Bearbeitungsvorgänge Bearbeitungslaserstrahlungsquel- len mit einer Wellenlänge im Bereich 300 n m bis 600 nm verwendet, um eine hohe Bearbeitungseffizienz zu erzielen . Dies betrifft insbesondere die folgenden Bearbeitungsverfahren : Ablation und Dotieren . Nachteilig hierbei ist, dass Laserstrahlungsquellen für Laserstrahlen in dem genannten Wellenlängenbereich (insbesondere UV-Laser) kostenintensive Elemente einer entsprechenden Bearbeitungsvorrichtung darstellen . Wird hingegen die freie Ladungsträgerdichte aufgrund der Konditionierungslaserstrahlung erhöht, insbesondere bevorzugt auf eine freie Ladungsträgerdichte größer 1 x1 016 cm"3, insbesondere größer 1 x1 017 cm"3, so kann die Bearbeitungslaserstrahlungsquelle auch mit Bearbeitungslaserstrahlung mit einer Wellenlänge größer 500 nm , insbesondere größer 1 000 n m, bevorzugt größer 2000 nm verwendet werden . Solche Laserstrahlquellen sind kostengünstiger (insbesondere I R-Laser mit einer Wellenlänge im Bereich 1 000 n m bis 1200 nm), sodass trotz des zusätzlichen Vorsehens einer zusätzlichen Konditionierungslaserstrahlungsquelle eine Kosteneinsparung möglich ist. Es ist somit insbesondere vorteilhaft, mittels der Konditionierungslaserstrahlung zumindest in dem Konditionierungsbereich eine freie Ladungsträgerdichte größer 1 x1 016 cm"3, insbesondere größer 1 x1 017 cm"3 zu erzeugen . Thus, for typical machining operations, processing laser radiation sources having a wavelength in the range of 300 nm to 600 nm are used in order to achieve high processing efficiency. This applies in particular to the following processing methods: ablation and doping. The disadvantage here is that laser radiation sources for laser beams in the aforementioned wavelength range (in particular UV laser) represent cost-intensive elements of a corresponding processing device. If, on the other hand, the free charge carrier density is increased on account of the conditioning laser radiation, in particular preferably to a free charge carrier density greater than 1 × 10 16 cm -3 , in particular greater than 1 × 10 17 cm -3 , then the processing laser radiation source can also be processed with laser radiation having a wavelength greater than 500 nm, in particular greater than 1000 nm, preferably greater than 2000 nm are used. Such laser beam sources are less expensive (especially IR laser with a wavelength in the range 1000 nm to 1200 nm), so that in spite of the additional provision of an additional conditioning laser radiation source, a cost saving is possible. It is therefore particularly advantageous, by means of the conditioning laser radiation at least in the conditioning region, to generate a free charge carrier density greater than 1 × 10 16 cm -3 , in particular greater than 1 × 110 17 cm -3 .
Die Möglichkeit der Kosteneinsparung durch die Verwendung einer anderen Be- arbeitungslaserstrahlungsquelle ist insbesondere bei den folgenden Bearbeitungsverfahren Ablation und Dotieren vorteilhaft, da dort eine hohe Eindringtiefe der Laserstrahlung in das Halbleitersubstrat zu unerwünschten Schädigungen führen kann . The possibility of cost savings through the use of another processing laser radiation source is particularly advantageous in the following processing methods ablation and doping, since there a high penetration depth of the laser radiation into the semiconductor substrate can lead to undesired damage.
Bei manchen Bearbeitungsverfahren ist es insbesondere vorteilhaft, dass die freie Ladungsträgerdichte erhöht wird , um die Absorption der Bearbeitungslaserstrahlung wie zuvor beschrieben zu erhöhen , dass jedoch die Temperatur des Halbleitersubstrats eine vorgegebene Temperatur nicht überschreitet, um negative Einflüsse auf das Halbleitersubstrat, insbesondere auf die elektron ische Qualität des Halbleitersubstrates, aufgrund einer zu starken Erwärmung zu vermeiden . I n einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist es daher insbesondere vorteilhaft, dass während und/oder vor der Beaufschlagung des Halb- leitersubstrates (insbesondere vorteilhafterweise zumindest während der Beaufschlagung des Halbleitersubstrates mittels der Bearbeitungslaserstrahlung) mittels der Konditionierungslaserstrahlung ein aktives Kühlen des Halbleitersu bstrates erfolgt. Durch das aktive Kühlen wird gewährleistet, dass das Halbleitersubstrat eine vorgegebene Temperaturobergrenze nicht überschreitet. Das aktive Kühlen kann durch Anblasen mittels eines Kühlgases oder U mgebungsluft, bevorzugt gekühlter Umgebungsluft, erfolgen. Ebenso kann ein Kühlen durch Besprühen und/oder Benetzen des Halbleitersubstrates mit Kühlflüssigkeit erfolgen . Ebenso kann ein aktives Kühlen durch einen mittelbaren oder bevorzugt unmittelbaren thermischen Kontakt der Solarzelle mit einem Kühlblock, welcher aktiv gekühlt ist, erfolgen . Ein solcher Kühlblock kann insbesondere in an sich bekannter Weise zum flächigen Auflegen der photovoltaischen Solarzelle auf den Kühlblock und besonders bevorzugt zum Ansaugen der Solarzelle an den Kü hlblock ausgebildet sein , um einen guten thermischen Kontakt zwischen Solarzelle und Kühlblock auszubilden . Der Kühlblock kann an sich eine aktive Kühlung aufweisen oder mittels Durchfluss von einem Kühlmedium , insbesondere einer Kühlflüssigkeit, aktiv gekühlt werden . In some processing methods, it is particularly advantageous that the free carrier density is increased in order to increase the absorption of the processing laser radiation as described above, but that the temperature of the semiconductor substrate does not exceed a predetermined temperature to negative influences on the semiconductor substrate, in particular on the electronic Quality of the semiconductor substrate to avoid due to excessive heating. In a further advantageous embodiment, it is therefore particularly advantageous that during and / or before the application of the half-cycle conductor substrate (in particular advantageously at least during the application of the semiconductor substrate by means of the processing laser radiation) takes place by means of the conditioning laser radiation active cooling of Halbleitersu bstrates. Active cooling ensures that the semiconductor substrate does not exceed a predetermined upper temperature limit. The active cooling can be done by blowing by means of a cooling gas or ambient air, preferably cooled ambient air. Likewise, cooling can be effected by spraying and / or wetting the semiconductor substrate with cooling liquid. Likewise, an active cooling by an indirect or preferably immediate thermal contact of the solar cell with a cooling block, which is actively cooled, take place. Such a cooling block may in particular be formed in a manner known per se for the planar application of the photovoltaic solar cell to the cooling block and particularly preferably for sucking the solar cell to the cooling block in order to form a good thermal contact between the solar cell and the cooling block. The cooling block can in itself have active cooling or be actively cooled by means of flow of a cooling medium, in particular a cooling liquid.
Bearbeitungsvorgänge, bei welchen vorteilhafterweise ein aktives Kühlen der photovoltaischen Solarzelle zumindest während der Beaufschlagung des Halbleitersubstrats mittels der Konditionierungslaserstrahlung erfolgt, sind insbesondere LFC. Processing operations in which an active cooling of the photovoltaic solar cell advantageously takes place at least during the application of the conditioning laser radiation to the semiconductor substrate are, in particular, LFC.
U m eine erhöhte Absorption der Bearbeitungslaserstrahlung in dem Halbleitersubstrat zu erzielen , wird bevorzugt mittels der Konditionierungslaserstrahlung in dem Halbleitersubstrat zumindest in dem Konditionierungsbereich , bevorzugt im gesamten Halbleitersubstrat, eine freie Ladungsträgerdichte von zumindest 1 x1 016 cm"3, insbesondere zumindest 1 x1 017 cm"3 bewirkt. Für eine erhöhte Absorption der Bearbeitungslaserstrahlung ist es hierbei insbesondere vorteilhaft, eine Bearbeitungslaserstrahlung mit einer Wellenlänge größer 1 000 nm , insbesondere größer 2000 nm zu verwenden . H ierbei ist insbesondere eine Kombination einer Ladungsträgerdichte von mindestens 1 x1 016 cm"3 in Kombination mit einer Bearbeitungslaserstrahlung mit einer Wellenlänge größer 2000 nm oder eine Kombination einer Ladungsträgerdichte von mindestens 1 x1 017 cm"3 in Kombination mit einer Bearbeitungslaserstrahlung mit einer Wellenlänge größer 1 000 nm vorteilhaft. Die Konditionierungslaserstrahlung liegt bevorzugt in einem Wellenlängenbereich 400 nm bis 1200 nm . Sofern ausschließlich eine Erwärmung des Halbleitersubstrates, jedoch nicht oder nur geringfügig eine Erhöhung der freien Ladungsträgerdichte gewünscht ist, kann eine Konditionierungslaserstrahlungs- quelle mit einem Wellenlängenbereich gewählt werden , welcher nicht oder nur geringfügig von dem Halbleitersubstrat absorbiert wird . Vorzugsweise liegt in diesem Fall der Wellenlängenbereich der Bearbeitungslaserstrahlungsquelle im Bereich 900 bis 1200 nm . Alternativ und/oder zusätzlich ist es in diesem Fall möglich , sofern das Halbleitersubstrat eine für die Konditionierungslaserstrahlung absorbierende Schicht aufweist, wie beispielsweise eine metallisierte Rückseite bei typischen Solarzellen , die photovoltaische Solarzelle von der dem Halbleitersubstrat gegenüberliegenden Seite der vorgenannten absorbierenden Schicht mit Konditionierungslaserstrahlung zu beaufschlagen , sodass die Kond itionierungslaserstrahlung ganz oder zumindest im Wesentlichen von der für die Konditionierungslaserstrahlung absorbierenden Schicht (insbesondere einer metallischen Schicht) absorbiert wird und somit die photovoltaische Solarzelle im Wesentlichen erwärmt wird und nicht oder nur geringfügig freier Ladungsträger durch Absorption der Konditionierungslaserstrahlung generiert werden . In order to achieve increased absorption of the processing laser radiation in the semiconductor substrate, it is preferred by means of the conditioning laser radiation in the semiconductor substrate at least in the conditioning region, preferably in the entire semiconductor substrate, to have a free carrier density of at least 1 × 10 16 cm -3 , in particular at least 1 × 10 17 cm "3 causes. For an increased absorption of the processing laser radiation, it is particularly advantageous to use a processing laser radiation with a wavelength greater than 1000 nm, in particular greater than 2000 nm. Here, in particular, a combination of a charge carrier density of at least 1 × 10 16 cm -3 in combination with a processing laser radiation having a wavelength greater than 2000 nm or a combination of a carrier density of at least 1 × 10 17 cm -3 in combination with a treatment laser radiation having a wavelength greater than 1000 nm is advantageous. The conditioning laser radiation is preferably in a wavelength range 400 nm to 1200 nm. If only heating of the semiconductor substrate, but not or only slightly increasing the free carrier density is desired, a Konditionierungslaserstrahlungs- source can be selected with a wavelength range which is not or only slightly absorbed by the semiconductor substrate. Preferably, in this case, the wavelength range of the processing laser radiation source is in the range of 900 to 1200 nm. Alternatively and / or additionally, in this case, if the semiconductor substrate has a conditioning-laser-absorbing layer, such as a metallized back surface in typical solar cells, it is possible to apply conditioning laser radiation to the photovoltaic solar cell from the opposite side of the aforementioned absorbent layer from the semiconductor substrate. so that the Kond itionierungslaserstrahlung wholly or at least substantially from the absorbing for the conditioning laser radiation layer (in particular a metallic layer) is absorbed and thus the photovoltaic solar cell is substantially heated and not or only slightly free charge carriers are generated by absorption of the conditioning laser radiation.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den von Anspruch 12 abhängigen Ansprüchen . The present invention is further achieved by a device according to claim 12. Advantageous embodiments can be found in the dependent of claim 12 claims.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats mittels eines Lasers, insbesondere zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle weist eine Bearbeitungslaserstrahlungsquelle zum lokalen Beaufschlagen des Halbleitersubstrates mit Bearbeitungslaserstrahlung auf. Hinsichtlich dieses Grundaufbaus kann die Vorrichtung in an sich bekannter Weise ausgebildet sein . I nsbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Vorrichtung Mittel für eine Relativbewegung zwischen photovoltaischer Solarzelle und Bearbeitungslaserstrahlung aufweist. Solche Mittel können mechanische Mittel zum Bewegen der photovoltaischen Solarzelle und/oder optische Mittel zum Abbilden der Bearbeitungslaserstrahlung auf einen gewünschten Bearbeitungsort auf der photovoltaischen Solarzelle sein , insbesondere beweg- und/oder dreh- und/oder kippbare Ablenkspiegel im Strahlengang der Bearbeitungslaserstrahlung. The device according to the invention for processing a semiconductor substrate by means of a laser, in particular for producing a photovoltaic solar cell, has a processing laser radiation source for local application of processing laser radiation to the semiconductor substrate. With regard to this basic structure, the device can be designed in a manner known per se. In particular, it is within the scope of the invention that the device has means for a relative movement between the photovoltaic solar cell and the processing laser radiation. Such means may be mechanical means for moving the photovoltaic solar cell and / or optical means for imaging the processing laser radiation to a desired processing location on the photovoltaic solar cell, in particular moving and / or rotating and / or tiltable deflecting mirrors in the beam path of the processing laser radiation.
Wesentlich ist, dass die Vorrichtung zusätzlich zu der Bearbeitungslaserstrah- lungsquelle eine Konditionierungslaserstrahlungsquelle aufweist, zum Beaufschlagen des Halbleitersubstrates mit Konditionierungslaserstrahlung, einer Beleuchtungsintensität größer 50.000 W/m2. It is essential that the device has, in addition to the processing laser radiation source, a conditioning laser radiation source for applying conditioning laser radiation to the semiconductor substrate, an illumination intensity greater than 50,000 W / m 2 .
H ierdurch ergeben sich die bereits bei den Verfahren und insbesondere zu Anspruch 1 aufgeführten Vorteile. This results in the advantages already mentioned in the methods and in particular to claim 1.
Die Konditionierungslaserstrahlungsquelle ist bevorzugt als Diodenlaser, insbesondere als ein Array umfassend eine Mehrzahl von Diodenlasern ausgebildet. Diodenlaser weisen den Vorteil auf, dass ein raumsparender Aufbau , verglichen mit anderen Laserquellen , möglich ist. Darüber hinaus erfolgt eine einfache An- steuerung über die entsprechende zugeführte elektrische Leistung, sodass insbesondere in schnellen Taktraten die Konditionierungslaserstrahlung an- und ausgeschaltet werden und/oder während des Prozesses nachgeregelt werden kann . Die Verwendung einer Meh rzahl von Lasern , insbesondere einer Mehrzahl von Diodenlasern , weist den Vorteil auf, dass in einfacher und kostengünstiger Weise eine flächige Ausleuchtung eines Konditionierungsbereiches, insbesondere eine flächige Ausleuchtung der gesamten photovoltaischen Solarzelle möglich ist. Bevorzugt ist eine Mehrzahl von Laserdioden als Array angeordnet, insbesondere mit zumindest 2 Spalten und zumindest 1 Zeile. The conditioning laser radiation source is preferably designed as a diode laser, in particular as an array comprising a plurality of diode lasers. Diode lasers have the advantage that a space-saving design, compared to other laser sources, is possible. In addition, a simple control takes place via the corresponding supplied electrical power, so that the conditioning laser radiation can be switched on and off in particular at high cycle rates and / or readjusted during the process. The use of a Meh number of lasers, in particular a plurality of diode lasers, has the advantage that in a simple and cost-effective manner, a planar illumination of a conditioning area, in particular a flat illumination of the entire photovoltaic solar cell is possible. Preferably, a plurality of laser diodes is arranged as an array, in particular with at least 2 columns and at least 1 row.
Die Konditionierungslaserstrahlungsquelle weist bevorzugt eine Wellenlänge im Bereich 400 nm bis 1200 nm auf, insbesondere im Bereich 600 nm bis 900 nm , hierdurch ergeben sich die zuvor genannten Vorteile, wobei je nach Anwendung insbesondere auch die beim Verfahren als vorteilhaft genannten Wellenlängenbereiche, vorteilhafterweise durch eine entsprechende Ausgestaltung der Kondi- tionierungslaserstrahlungsquelle, gewährleistet sind . The conditioning laser radiation source preferably has a wavelength in the range of 400 nm to 1200 nm, in particular in the range 600 nm to 900 nm, this results in the aforementioned advantages, depending on the application, in particular the wavelength ranges mentioned in the method advantageously, advantageously by a corresponding Design of conditioning laser radiation source, guaranteed.
Wie bereits zuvor ausgeführt, ist zur Vermeidung einer zu starken Erwärmung der photovoltaischen Solarzelle eine aktive Kühlung zumindest während der Beaufschlagung mittels Konditionierungslaserstrahlung vorteilhaft. Vorzugsweise weist daher die Vorrichtung eine aktive Kühlung zum aktiven Kühlen des Halbleitersubstrates auf. Diese kann wie zuvor beschrieben ausgebildet sein . As already stated above, to avoid excessive heating of the photovoltaic solar cell, active cooling is advantageous at least during exposure to conditioning laser radiation. Preferably Therefore, the device has an active cooling for active cooling of the semiconductor substrate. This can be designed as described above.
I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung eine Halterung für das Halbleitersubstrat aufweist und die Halterung aktiv gekühlt ist, um mittels thermischen Kontakts zwischen Halterung und photovoltaischer Solarzelle eine aktive Kühlung der photovoltaischen Solarzelle zu bewirken . In particular, it is advantageous that the device has a holder for the semiconductor substrate and the holder is actively cooled in order to effect an active cooling of the photovoltaic solar cell by means of thermal contact between the holder and the photovoltaic solar cell.
I n einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Ha lterung für das Halbleitersubstrat auf, welche für die Konditionierungslaserstrahlung transparent ausgebildet ist. Die Halterung ist hierbei im Strahlengang der Konditionierungslaserstrahlung zwischen Kondition lerungslaserstrahlungsquelle und Halbleitersubstrat angeordnet. H ierdurch kann somit eine Beaufschlagung der photovoltaischen Solarzelle mittels Konditionierungslaserstrahlung durch die Halterung hindurch erfolgen . Daraus ergibt sich der Vorteil, dass ein Bearbeiten von der der Halterung gegenüberliegenden Seite des Halbleitersubstrates mittels Bearbeitungslaserstrahlung möglich ist, ohne dass Komponenten der Kond i- tionierungslaserstrahlungsquelle oder optische Mittel zum Abbilden der Konditionierungslaserstrahlung im Strahlengang zwischen Bearbeitungslaserstrah- lungsquelle und photovoltaischer Solarzelle angeordnet sein müssen . In a further advantageous embodiment, the device has a holder for the semiconductor substrate, which is made transparent for the conditioning laser radiation. The holder is hereby arranged in the beam path of the conditioning laser radiation between condition laserlaserstrahlungsquelle and semiconductor substrate. Hereby, it is thus possible for the photovoltaic solar cell to be acted upon by means of conditioning laser radiation through the holder. This results in the advantage that machining of the side of the semiconductor substrate opposite the holder by means of processing laser radiation is possible without components of the conditioning laser radiation source or optical means for imaging the conditioning laser radiation having to be arranged in the beam path between the processing laser radiation source and the photovoltaic solar cell.
Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren beschrieben . Dabei zeigt: Further preferred features and embodiments are described below with reference to exemplary embodiments and the figures. Showing:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher Bearbeitungslaserstrahlungsquelle und Konditionierungs- laserstrahlungsquelle auf der gleichen Seite einer zu bearbeitenden photovoltaischen Solarzelle angeordnet sind und Figure 1 shows a first embodiment of a device according to the invention, in which treatment laser radiation source and conditioning laser radiation source are arranged on the same side of a photovoltaic solar cell to be processed, and
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei welcher Konditionierungslaser- strahlungsquelle und Bearbeitungslaserstrahlungsquelle auf gegenüberliegenden Seiten der Solarzelle angeordnet sind . FIG. 2 shows a second exemplary embodiment, in which the conditioning laser radiation source and the processing laser radiation source are arranged on opposite sides of the solar cell.
Die Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen . I n den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats mittels eines Lasers. The figures show schematic, not to scale representations. In the figures, like reference characters designate like or equivalent elements. FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a device according to the invention for processing a semiconductor substrate by means of a laser.
Die Vorrichtung weist eine Bearbeitungslaserstrahlungsquelle 1 auf, welche als gepulster I R-Laser ausgebildet ist. Mittels eines solchen Lasers ist es insbesondere vorteilhaft möglich , Punktkontakte mittels des an sich bekannten LFC- Verfahrens zu erzeugen , wie beispielsweise in DE 1 00 46 1 70 A1 beschrieben . The device has a processing laser radiation source 1, which is designed as a pulsed I R laser. By means of such a laser, it is particularly advantageously possible to produce point contacts by means of the LFC method known per se, as described, for example, in DE 1 00 46 1 70 A1.
Der Bearbeitungslaserstrahlungsquelle 1 ist eine Bearbeitungsablenkeinheit 1 a zugeordnet, welche zum Ablenken eines mittels der Bearbeitungslaserstrah- lungsquelle 1 erzeugten Laserstrahls auf einem beliebigen Punkt einer zu bearbeitenden Solarzelle 2 dient. Beispielhaft ist ein Bearbeitungslaserstrahl 1 b da rgestellt, welcher auf einen einer Vielzahl sukzessive zu bearbeitender Punkte an der Vorderseite der Solarzelle 2 auftrifft. The processing laser radiation source 1 is associated with a processing deflection unit 1 a, which serves for deflecting a laser beam generated by the processing laser radiation source 1 at any point of a solar cell 2 to be processed. By way of example, a machining laser beam 1b is provided which impinges on one of a plurality of successively to be processed points on the front side of the solar cell 2.
Die Bearbeitungslaserstrahlungsquelle erzeugt eine Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 1 030 nm . The processing laser radiation source generates laser radiation having a wavelength of 1030 nm.
Wesentlich ist, dass die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung zusätzlich eine Kon- ditionierungslaserstrahlungsquelle 3 aufweist. Diese ist als Diodenlaser ausgebildet. Der Konditionierungslaserstrahlungsquelle 3 kann als optisches Mittel eine Optik 3a zugeordnet werden , um eine Vorderseite der photovoltaischen Solarzelle 2 flächig und homogen mit Konditionierungslaserstrahlung 3b zu beaufschlagen . It is essential that the apparatus shown in FIG. 1 additionally has a conditioning laser radiation source 3. This is designed as a diode laser. The conditioning laser radiation source 3 can be assigned an optical system 3a as an optical means in order to subject a front side of the photovoltaic solar cell 2 to a planar and homogeneous conditioning laser radiation 3b.
Konditionierungslaserstrahlungsquelle 3 und die optische Linse 3a sind derart zusammenwirkend ausgestaltet, dass auf der Oberfläche der Solarzelle 2 die Konditionierungslaserstrahlung mit einer Beleuchtungsintensität von etwa 1 00.000 W/m2 auftrifft. H ierdurch werden Ü berschussladungsträger in der Solarzelle 2 generiert und darüber hinaus wird die Solarzelle auf eine Temperatur von etwa 350°C erwärmt. The conditioning laser radiation source 3 and the optical lens 3a are designed cooperatively such that the conditioning laser radiation impinges on the surface of the solar cell 2 with an illumination intensity of approximately 100,000 W / m 2 . Hereby, excess charge carriers are generated in the solar cell 2 and, moreover, the solar cell is heated to a temperature of approximately 350 ° C.
Die Solarzelle 2 ist auf einer Halterung 4 der Vorrichtung angeordnet. I n diesem Fall ist eine nur geringfügige Wärmeleitung zwischen Solarzelle 2 und Halterung 4 gewünscht, da mittels der Konditionierungslaserstrahlung 3b insbesonde- re eine Erwärmung der Solarzelle 2 erfolgen soll . H ierzu weist die Halterung 4 Haltestifte auf, auf weichen die Solarzelle 2 rückseitig aufliegt, sodass nur eine gegenüber der Rückseitenfläche der Solarzelle 2 vergleichsweise geringe Kontaktfläche zwischen Solarzelle 2 und Halterung 4 und ein entsprechend vergleichsweise geringer thermischer Kontakt besteht. The solar cell 2 is arranged on a holder 4 of the device. In this case, only a slight heat conduction between the solar cell 2 and the holder 4 is desired, since by means of the conditioning laser radiation 3b, in particular re heating of the solar cell 2 should take place. H here, the holder 4 holding pins on soft the solar cell 2 rests on the back, so that only one compared to the back surface of the solar cell 2 comparatively small contact area between the solar cell 2 and holder 4 and a correspondingly comparatively low thermal contact exists.
I n einer alternativen Ausführungsform kann die Halterung 4 aus einem thermisch isolierenden Material ausgebildet sein und/oder auf der, der Solarzelle 2 zugewandten Seite mit einer thermisch isolierenden Schicht beschichtet sein . In an alternative embodiment, the holder 4 may be formed from a thermally insulating material and / or be coated on the side facing the solar cell 2 with a thermally insulating layer.
Mit einer Vorrichtung gemäß Figur 1 lassen sich insbesondere die folgenden bevorzugten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchführen : a. Erzeugen von lokalen elektrischen Kontaktierungen durch lokales Aufschmelzen mittels der Bearbeitungslaserstrahlung (Wellenlänge 1 000 nm bis 1200 nm). Eine erhöhte Halbleitersubtrattemperatur durch den Kond i- tionierungslaser (Wellenlänge von 700 nm bis 900 nm) steigert die Schmelzeffizienz und durch eine langsamere Abkühlung der Schmelze nach der Bearbeitung wird die Kristallinität erhöht und die Ausbildung einer lokalen Hochdotierung im Kontaktbereich verbessert. With a device according to FIG. 1, the following preferred embodiments of a method according to the invention can be carried out in particular: a. Generation of local electrical contacts by local melting by means of the processing laser radiation (wavelength 1000 nm to 1200 nm). An increased semiconductor substrate temperature by the conditioning laser (wavelength of 700 nm to 900 nm) increases the melting efficiency and by a slower cooling of the melt after processing, the crystallinity is increased and the formation of a local high doping in the contact area is improved.
b. Erzeugung von Löchern , sogenannten Vias, die den Halbleiterwafer  b. Generation of holes, so-called vias, which are the semiconductor wafer
durchdringen mit einem gepulsten I R Laser (Wellenlänge 1 000 nm bis 1200 nm). Eine Konditionierungsstrahlung mit einer Wellenlänge von 700 bis 900 nm fü hrt zu einer Erhöhung der Wafertemperatur. Dies steigert die Materialabtragsrate und somit die Bohreffizienz. Die erhöhte Halbleitersubstrattemperatur reduziert zusätzlich die Rekristallisierungsschä- den an den Rändern der Vias aufgrund einer langsameren Abkühlrate. c. Einbringen von Dotierstoff durch lokales Aufschmelzen des Halbleitersu bstrats mittels der Bearbeitungslaserstrahlung (Wellenlänge 500 nm bis 1200 nm). Eine Konditionierungsstrahlung mit einer Wellenlänge von 700 bis 900 nm führt zu einer Erhöhung der Wafertemperatur. Die Erhöhung der Temperatur verbessert die Diffusion des Dotierstoffs im Halbleitersubstrat und mögliche erzeugt Schädigungen am Material können auf Grund langsamerer Abkühlrampen rekristallisieren . d . U mkristallisation mit gepulstem Laser (Wellenlänge 500 nm bis 1200 nm) durch Aufschmelzen . Eine erhöhte Halbleitersubtrattemperatur durch den Kond itionierungslaser (Wellenlänge von 700 nm bis 900 nm) steigert die Schmelzeffizienz und durch eine langsamere Abkühlung der Schmelze nach der Bearbeitung wird die Kristallinität erhöht. penetrate with a pulsed IR laser (wavelength 1000 nm to 1200 nm). A conditioning radiation with a wavelength of 700 to 900 nm leads to an increase in the wafer temperature. This increases the material removal rate and thus the drilling efficiency. The increased semiconductor substrate temperature additionally reduces the recrystallization damage at the edges of the vias due to a slower cooling rate. c. Introduction of dopant by local melting of Halbleitersu bstrats by means of the processing laser radiation (wavelength 500 nm to 1200 nm). A conditioning radiation with a wavelength of 700 to 900 nm leads to an increase in the wafer temperature. Increasing the temperature improves diffusion of the dopant in the semiconductor substrate, and possible damage to the material may recrystallize due to slower cooling ramps. d. U crystallization with pulsed laser (wavelength 500 nm to 1200 nm) by melting. An increased semiconductor substrate temperature by the conditioning laser (wavelength of 700 nm to 900 nm) increases the melting efficiency and by a slower cooling of the melt after processing, the crystallinity is increased.
I n Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a device according to the invention.
Auch diese Vorrichtung weist eine Bearbeitungslaserstrahlungsquelle 1 und eine Bearbeitungsablenkeinheit 1 a auf, um einen Bearbeitungslaserstrahl 1 b sukzessive auf mehrere vorgegebene Ortspunkte auf einer Vorderseite einer Solarzelle 2 abzubilden . This device also has a processing laser radiation source 1 and a processing deflection unit 1 a in order to successively image a processing laser beam 1 b onto a plurality of predetermined location points on a front side of a solar cell 2.
I m Gegensatz zu der Vorrichtung gemäß Figur 1 ist eine Konditionierungslaser- strahlungsquelle 3' auf der der Bearbeitungslaserstrahlungsquelle 1 gegenüberliegenden Seite der Solarzelle 2 angeordnet. In contrast to the device according to FIG. 1, a conditioning laser radiation source 3 'is arranged on the side of the solar cell 2 opposite the treatment laser radiation source 1.
Die Konditionierungslaserstrahlungsquelle 3' ist als ein Array von Halbleiterdiodenlasern ausgebildet sodass die Halbleiterlaser auf den Kreuzungspunkten eines Rechteckgitters mit quadratischen Grundelementen angeordnet sind . I n Draufsicht von oben weist das Array eine Fläche von etwa 1 5 x 1 5 cm2 auf. H ierdurch wird eine vergleichsweise homogene, flächige Konditionierungslaser- strah lung 3b' von der Mehrzahl von Halbleiterlaserdioden erzeugt. The conditioning laser radiation source 3 'is formed as an array of semiconductor diode lasers, so that the semiconductor lasers are arranged on the crossing points of a square grid with square base elements. In plan view from above, the array has an area of about 1 5 × 1 5 cm 2 . In this way, a comparatively homogeneous, areal conditioning laser radiation 3b 'is generated by the plurality of semiconductor laser diodes.
Die Solarzelle 2 ist auf einer für die Konditionierungslaserstrahlung - mit einer Wellenlänge von 808 nm - transparente Halterung 4' angeordnet, sodass die Konditionierungslaserstrahlung die Halterung 4' durchdringt und rückseitig auf die Solarzelle 2 auftrifft. The solar cell 2 is arranged on a holder 4 'which is transparent to the conditioning laser radiation - with a wavelength of 808 nm, so that the conditioning laser radiation penetrates the holder 4' and impinges on the solar cell 2 at the back.
Die Solarzelle 2 weist in diesem Verfahrensstadium rückseitig bereits eine vollflächig oder annähernd vollflächige Metallisierung auf, sodass die Konditionierungslaserstrahlung 3b' nicht oder nur geringfügig in eine Halbleitersolarzelle 2 eindringt und somit im Wesentlichen eine Erwärmung der Solarzelle 2 erfolgt und keine oder nur eine geringfügige Generation von freien Ladungsträgern in der Solarzelle 2 aufgrund von Absorption der Konditionierungslaserstrahlung 3b' in dem Halbleitersubstrat der Solarzelle 2 erfolgt. At this stage of the process, the solar cell 2 already has a metallization over the full area or approximately over the entire area, so that the conditioning laser radiation 3b 'does not or only slightly penetrates into a semiconductor solar cell 2 and thus substantially heating of the solar cell 2 takes place and no or only a slight generation of free solar cells Load carriers in the solar cell 2 is due to absorption of the conditioning laser radiation 3b 'in the semiconductor substrate of the solar cell 2.
I n einem alternativen Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung gemäß Figur 1 eine aktiv gekühlte Halterung 4 auf, an welcher die Solarzelle 2 rückseitig flächig aufliegt, sodass ein guter thermischer Kontakt zwischen Solarzelle 2 und Halterung 4 besteht. Die Halterung 4 weist hierzu Leitungen für eine Kühlflü ssigkeit auf, welche von einem externen Kühlaggregat gekühlt zugeführt wird . Die Halterung 4 ist im Wesentlichen aus Metall , insbesondere aus Kupfer, ausgebildet und weist somit eine große thermische Masse und eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. In an alternative exemplary embodiment, the device according to FIG. 1 has an actively cooled holder 4, on which the solar cell 2 rests flat on the back, so that there is good thermal contact between solar cell 2 and holder 4. The holder 4 has for this purpose lines for a Kühlflü liquid, which is supplied cooled by an external cooling unit. The holder 4 is essentially made of metal, in particular of copper, and thus has a large thermal mass and a high thermal conductivity.
Bei dieser alternativen Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels kann somit durch die aktive Kühlung gewährleistet werden , dass die Solarzelle 2 während der Beaufschlagung mit Konditionierungslaserstrahlung 3b sich nicht über eine vorgegebene Temperatur erwärmt. In this alternative embodiment of the first embodiment can thus be ensured by the active cooling that the solar cell 2 does not heat above a predetermined temperature during exposure to conditioning laser radiation 3b.
Bei dem zuvor erwähnten LFC Prozess ist dies von Vorteil , da eine Temperatur von über 450°C über einen Zeitraum von mehreren Sekunden zu einer Verschlechterung der Vorderseitenkontaktierung (Silberpaste) führen kann . This is advantageous in the LFC process mentioned above, because a temperature of over 450 ° C over a period of several seconds can lead to a deterioration of the front-side contact (silver paste).

Claims

Ansprüche claims
1 . Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats, insbesondere eines Halbleitersubstrats zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle (2), mit einem Laserbearbeitungsschritt, wobei das Halbleitersubstrat lokal in einem Bearbeitungsbereich mittels Bearbeitungslaserstrahlung einer Bearbei- tungslaserstrahlungsquelle beaufschlagt wird , 1 . Method for processing a semiconductor substrate, in particular a semiconductor substrate for producing a photovoltaic solar cell (2), having a laser processing step, wherein the semiconductor substrate is locally applied in a processing region by means of processing laser radiation of a processing laser radiation source,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass vor und/oder während des Laserbearbeitungsschritts das Halbleitersubstrat in einem Konditionierungsbereich mittels Konditionierungslaserstrah- lung (3b, 3b') einer Konditionierungslaserstrahlungsquelle (3, 3') mit einer Beleuchtungsintensität größer 50.000 W/m2 beaufschlagt wird . in that before and / or during the laser processing step the semiconductor substrate is exposed in a conditioning region by means of conditioning laser radiation (3b, 3b ') of a conditioning laser radiation source (3, 3') to an illumination intensity greater than 50,000 W / m 2 .
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Konditionierungsbereich den Bearbeitungsbereich zumindest vollständig überdeckt, insbesondere umlaufend um mindestens 0,5 cm , vorzugsweise mindestens 1 cm überragt.  the conditioning area at least completely covers the processing area, in particular extends circumferentially by at least 0.5 cm, preferably at least 1 cm.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 3. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass sich der Konditionierungsbereich über die gesamte Breite des Halb- leiterwafers erstreckt, vorzugsweise, dass der Konditionierungsbereich quer zur Erstreckung über die Breite des Halbleiterwafers eine Länge von zumindest 0,01 cm , vorzugsweise zumindest 0, 1 cm , insbesondere zumindest 1 cm aufweist.  in that the conditioning region extends over the entire width of the semiconductor wafer, preferably in that the conditioning region transverse to the extension across the width of the semiconductor wafer has a length of at least 0.01 cm, preferably at least 0.1 cm, in particular at least 1 cm.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 4. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Konditionierungsbereich über die Oberfläche des Halbleiterwafers bewegt wird .  that the conditioning area is moved over the surface of the semiconductor wafer.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 5. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass sich der Konditionierungsbereich über den gesamten Halbleiterwafer erstreckt. that the conditioning area over the entire semiconductor wafer extends.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Halbleitersubstrat vor dem Laserbearbeitungsschritt in dem Kondi- tionierungsbereich mittels Konditionierungslaserstrahlung (3b, 3b') der Kon- ditionierungslaserstrahlungsquelle (3, 3') für eine Zeitdauer im Bereich 0,01 s bis 2 s, insbesondere im Bereich 0, 1 s bis 1 s beaufschlagt wird .  in that the semiconductor substrate before the laser processing step in the conditioning region by means of conditioning laser radiation (3b, 3b ') of the conditioning laser radiation source (3, 3') for a period of time in the range 0.01 s to 2 s, in particular in the range 0, 1 s to 1 s is applied.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 7. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass vor und/oder während des Laserbearbeitungsschritts das Halbleitersu bstrat zumindest in dem Konditionierungsbereich , vorzugsweise das gesamte Halbleitersubstrat, mittels der Konditionierungslaserstrahlung auf eine Temperatur von zumindest 50°C, insbesondere zumindest 1 00°C, bevorzugt auf eine Temperatur von zumindest 200°C, insbesondere zumindest 300°C erwärmt wird .  in that before and / or during the laser processing step, the semiconductor substrate at least in the conditioning region, preferably the entire semiconductor substrate, by means of the conditioning laser radiation to a temperature of at least 50 ° C, in particular at least 1 00 ° C, preferably to a temperature of at least 200 ° C, in particular at least 300 ° C is heated.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 8. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Halbleitersubstrat auf einer Bearbeitungsseite mit der Bearbeitungslaserstrahlung und auf einer gegenüberliegenden Konditionierungsseite mit der Konditionierungslaserstrahlung (3b, 3b') beaufschlagt wird .  in that the semiconductor substrate is exposed on one processing side to the processing laser radiation and on the opposite conditioning side to the conditioning laser radiation (3b, 3b ').
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 9. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Halbleiterwafer auf einer für die Konditionierungslaserstrahlung (3b, 3b') transparente Auflage angeordnet wird und durch die Auflage hindurch mit der Konditionierungslaserstrahlung (3b, 3b') beaufschlagt wird .  the semiconductor wafer is arranged on a support which is transparent to the conditioning laser radiation (3b, 3b ') and is acted upon by the conditioning laser radiation (3b, 3b') through the support.
1 0. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 1 0. A method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Laserbearbeitungsschritt einen oder mehrere der nachfolgenden Bearbeitungsschritte umfasst:  the laser processing step comprises one or more of the following processing steps:
a. Erzeugen von lokalen elektrischen Kontaktierungen durch lokales Aufschmelzen mittels der Bearbeitungslaserstrahlung; b. Erzeugen von Vias, welche den Halbleiterwafer durchdringen ; a. Generating local electrical contacts by local melting by means of the processing laser radiation; b. Generating vias that penetrate the semiconductor wafer;
c. Einbringen von Dotierstoff durch lokales Aufschmelzen des Halbleitersubstrats mittels der Bearbeitungslaserstrahlung;  c. Introducing dopant by locally melting the semiconductor substrate by means of the processing laser radiation;
d . U mkristallisieren einer Schicht des Halbleitersubstrats durch zumindest lokales Aufschmelzen des Halbleitersubstrats mittels der Bea rbeitungslaserstrahlung;  d. U crystallize a layer of the semiconductor substrate by at least local melting of the semiconductor substrate by means of the processing laser radiation;
e. Erzeugen von lokalen Strukturen in dünnen Schichten durch deren Ab- lation mittels der Bearbeitungslaserstrah lung (Ablation).  e. Generation of local structures in thin layers by their ablation by means of the processing laser radiation (ablation).
1 1 . Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 1 1. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass während und/oder vor der Beaufschlagung des Halbleitersubstrats mittels der Konditionierungslaserstrahlung (3b, 3b') ein aktives Kühlen des Halbleitersubstrats erfolgt.  in that active cooling of the semiconductor substrate takes place during and / or before the application of the conditioning laser radiation (3b, 3b ') to the semiconductor substrate.
12. Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats mittels eines Lasers, insbesondere zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle (2), mit einer Bearbeitungslaserstrahlungsquelle (1 ), zum lokalen Beaufschlagen des Halbleitersubstrats mit Bearbeitungslaserstrahlung, 12. Apparatus for processing a semiconductor substrate by means of a laser, in particular for producing a photovoltaic solar cell (2), with a processing laser radiation source (1), for local application of processing laser radiation to the semiconductor substrate,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Vorrichtung zusätzlich zu der Bearbeitungslaserstrahlungsquelle eine Konditionierungslaserstrahlungsquelle (3, 3') aufweist, zum Beaufschlagen des Halbleitersubstrats mit Konditionierungslaserstrahlung (3b, 3b') einer Beleuchtungsintensität größer 50.000 W/m2. the device has, in addition to the processing laser radiation source, a conditioning laser radiation source (3, 3 ') for applying to the semiconductor substrate conditioning laser radiation (3b, 3b') an illumination intensity greater than 50,000 W / m 2 .
1 3. Vorrichtung nach Anspruch 12, 1 3. A device according to claim 12,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Konditionierungslaserstrahlungsquelle (3, 3') als Diodenlaser, insbesondere als ein Array umfassend eine Mehrzahl von Diodenlasern ausgebildet ist.  in that the conditioning laser radiation source (3, 3 ') is designed as a diode laser, in particular as an array comprising a plurality of diode lasers.
14. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 12 bis 1 3, 14. Device according to one of the preceding claims 12 to 1 3,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Vorrichtung eine Halteru ng (4, 4') für das Hableitersubstrat aufweist, welche für die Konditionierungslaserstrahlung (3b, 3b') transparent ist und dass die Halterung (4, 4') im Strahlengang der Konditionierungslaserstrah- lung (3b, 3b') zwischen Konditionierungslaserstrahlungsquelle (3, 3') und Halbleitersubstrat angeordnet ist. in that the device has a holder base (4, 4 ') for the semiconductor substrate, which is transparent to the conditioning laser radiation (3b, 3b') and the holder (4, 4 ') is arranged in the beam path of the conditioning laser radiation (3b, 3b') between the conditioning laser radiation source (3, 3 ') and the semiconductor substrate.
1 5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 2 bis 14, 1 5. Device according to one of the preceding claims 1 2 to 14,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Vorrichtung eine aktive Kühlung zum aktiven Kühlen des Halbleitersubstrats aufweist.  in that the device has active cooling for active cooling of the semiconductor substrate.
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