WO2018033474A1 - Verfahren zum anheften einer metallischen folie an eine oberfläche eines halbleitersubstrats und halbleiterbauelement mit einer metallischen folie - Google Patents

Verfahren zum anheften einer metallischen folie an eine oberfläche eines halbleitersubstrats und halbleiterbauelement mit einer metallischen folie Download PDF

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WO2018033474A1
WO2018033474A1 PCT/EP2017/070355 EP2017070355W WO2018033474A1 WO 2018033474 A1 WO2018033474 A1 WO 2018033474A1 EP 2017070355 W EP2017070355 W EP 2017070355W WO 2018033474 A1 WO2018033474 A1 WO 2018033474A1
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WO
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semiconductor substrate
metallic foil
expansion
film
attachment
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PCT/EP2017/070355
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French (fr)
Inventor
Jan Nekarda
Martin Graf
Ralf Preu
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells

Definitions

  • the invention relates to a method for adhering a metallic foil to a surface of a semiconductor substrate according to the preamble of claim 1 and to a semiconductor component having a semiconductor substrate and a metallic foil according to the preamble of claim 11.
  • a metallic layer for making electrical contact and improving the optical properties is frequently arranged on the side of a semiconductor substrate which is remote from the incident radiation when used.
  • This also applies to electronic semiconductor components and / or light-emitting semiconductor components such as LED or OLED.
  • an at least partial metallization of at least one surface of a semiconductor substrate of a semiconductor component can be achieved by arranging an aluminum foil on a surface of the semiconductor component and partially bonding the aluminum to the surface of the semiconductor substrate by applying energy.
  • the use of a metallic foil enables a quick and inexpensive method of placing a metallic layer on a semiconductor substrate.
  • the present invention has for its object to improve the previously known method, in particular to improve the durability of the semiconductor device.
  • the semiconductor substrate may in this case comprise a semiconductor wafer, in particular a silicon wafer.
  • the semiconductor substrate may comprise a plurality of layers and, in particular, be a semiconductor wafer coated with one or more layers.
  • the term "surface of the semiconductor substrate” refers to the surface on which the metallic foil is arranged, thus arranging the metallic foil, for example, directly on the surface of a semiconductor wafer, a semiconductor layer or one or more layers covering the semiconductor wafer or the semiconductor layer.
  • the method according to the invention is preferably designed to form a semiconductor component according to the invention and / or a preferred embodiment thereof.
  • the semiconductor component according to the invention is preferably formed by carrying out a method according to the invention and / or a preferred embodiment thereof.
  • the method according to the invention for adhering a metallic foil to a surface of a semiconductor substrate comprises the following method steps:
  • a method step A the semiconductor substrate is provided.
  • the metallic film is arranged at least partially on the surface of the semiconductor substrate, and in a method step C, the metallic film is connected to the semiconductor substrate at least a first and a second attachment area by local energy input.
  • the invention is based on the Applicant's finding that, in previously known methods, the semiconductor components produced in this way often do not have satisfactory lifetimes. Investigations by the Applicant have shown that for this purpose, at least partial detachment of the connection between the metallic foil and the semiconductor substrate is often the cause. This could be proven especially in so-called "damp heat" tests.
  • the film is connected to the semiconductor substrate in such a way that, in the operating state, the film has an expansion reserve and / or at least one expansion opening between the two attachment regions.
  • operating state denotes a state of the semiconductor component which has the semiconductor substrate and the metallic foil with typical operating parameters, in particular a typical (average) operating temperature of the semiconductor substrate and the metallic foil.
  • the expansion reserve and / or expansion opening of the metallic foil between the two attachment areas has the advantage that, in the case of a deviation from the typical, average parameters of the operating range. Stands, in particular a cooling of the semiconductor substrate and / or the metal foil no or at least reduced mechanical stress on the attachment areas occur: Investigations by the Applicant have shown that due to the different coefficients of thermal expansion of semiconductor substrate on the one hand and metallic foil on the other hand, a temperature change, in particular a decrease in temperature to considerable voltages can lead to the attachment areas, which in turn can prove a partial or complete detachment of the metal foil and, accordingly, an increase in the electrical resistance between metal foil and semiconductor substrate.
  • the inventive method can thus be avoided in a simple manner, the life of the semiconductor device and / or deterioration of the electrical properties of the semiconductor device with temperature fluctuations.
  • the object underlying the invention is further achieved by a semiconductor device.
  • the semiconductor device has a semiconductor substrate and a metallic foil.
  • the metallic foil is locally connected to the semiconductor substrate at least at a first and a second attachment region. It is essential that the metallic foil has an expansion reserve and / or at least one expansion opening between the two attachment areas in the operating state of the semiconductor component.
  • a particularly simple structural design is obtained by providing a strain reserve between the two attachment areas as described above.
  • the expansion reserve is preferably formed such that the length of the metallic foil between the two attachment regions is greater than the direct connection between the two attachment regions on the surface of the semiconductor component facing the metallic foil.
  • the metallic foil thus has a length reserve between the two attachment areas, so that when the metallic foil contracts more strongly than the contraction of the semiconductor substrate, in particular due to cooling. ment, no mechanical stress between the two attachment areas occurs because due to the above-described length reserve a greater contraction of the metallic foil is compensated compared to the semiconductor device.
  • the metallic foil is therefore preferably at least once between the two attachment areas, preferably curved several times, so that a length reserve is formed.
  • the metallic foil is thus particularly preferably arranged between the two attachment regions such that at room temperature a volume smaller than the maximum possible enclosed volume between metal foil and semiconductor component is formed with limitation by the attachment regions, so that an increase in volume of this enclosed volume is possible without that mechanical stresses occur.
  • the metallic foil is therefore arranged such that at Rau mtemperatur less than 70%, preferably less than 50% of the maximum volume between the metallic foil 2 and semiconductor substrate (and limited by the attachment areas) is formed.
  • H hereby is achieved in a simple manner that any expansion of a gas, in particular of air, between the metal foil and semiconductor substrate when heated does not lead to a mechanical stress on the attachment areas, as possibly expanding gas can escape via the pressure equalization in the U environment.
  • the semiconductor substrate is bent and the metallic foil is arranged on a convex surface of the semiconductor substrate.
  • method step C is carried out in the bent state of the semiconductor substrate, and after the joining of the metallic foil to the first and second attachment regions, the semiconductor substrate is returned to the original, non-bent, state.
  • a strain reserve is formed in a simple and cost-effective manner.
  • the expansion reserve is obtained by the film being locally stretched by the action of heat. Investigations by the applicant have shown that a metallic foil can be permanently stretched by local heat. Therefore, method step C is preferably carried out first, and after attaching the metallic foil to the first and the second attachment region, the foil is locally stretched by the action of heat between the two attachment regions, so that an expansion reserve is formed.
  • the energy input in method step C is preferably carried out by applying electromagnetic radiation, in particular by means of illumination and / or by means of a laser.
  • the laser is further used for local stretching of the metallic foil as described above, so that the laser takes on two functions in a cost effective manner, on the one hand fixing the metallic foil to the first and second attachment area and on the other hand forming the expansion reserve between them Fastening areas by local stretching / stretching of the metallic foil.
  • a set of laser parameters for different processing steps and local processing points can be easily preset in each case. ben, so that, for example, without increased equipment cost of the laser with a lower power and / or the pulsed laser with a correspondingly changed pulse rate and / or duration for stretching / stretching of the metallic foil can be used.
  • the film is locally stretched in process step C during the heat input at the first attachment region by the action of heat. Applicant's investigations have shown that high local heat input at a first attachment area can simultaneously stretch / stretch the film in the surrounding areas to the attachment area.
  • the film can be stretched and / or stretched locally between the two attachment regions by local application of heat.
  • the film can be stretched by the action of heat in the region of the attachment regions, in particular by means of a laser, so that the film expands laterally next to the attachment regions.
  • the fastening areas are formed by the action of heat, in particular laser radiation, and formed during the formation of the attachment areas by the action of heat in the film on and laterally adjacent to the attachment areas an expansion reserve.
  • At least one expansion opening is produced between the two attachment areas.
  • a plurality of expansion openings can be generated. It is within the scope of the invention to perforate the expansion openings after arranging the metallic foil according to method step B and in particular preferably after joining the metallic foil according to method step C.
  • At least one expansion gap can be produced in the film. This is particularly advantageous if the first and / or the second attachment region has an elongated design, wherein in this case preferably the expansion gap is formed approximately parallel to the elongate extent of the first and / or second attachment region.
  • photovoltaic solar cells and LEDs typically have contact-type contacting structures, so-called metallization fingers and / or busbars. These may be formed in the preferred method as attachment areas.
  • metallization fingers and / or busbars may be formed in the preferred method as attachment areas.
  • the expansion reserve is designed as a honeycomb structure.
  • expansion gaps are provided along the edge line of the honeycomb structure, with the expansion gaps preferably covering only partial areas of the edge lines, so that no separation of a honeycomb segment takes place.
  • step C at least the metallic foil is cooled to a temperature lower than the temperature in the operating state.
  • the meta-elastic film is brought back to the usual average temperature, for example, room temperature. Due to the increase in temperature, the metallic film expands, so that an expansion reserve is formed.
  • This preferred embodiment thus represents a particularly simple and inexpensive realizable embodiment, which only requires cooling of the metallic foil before carrying out process step C.
  • the film is cooled to a temperature less than 0 ° C, preferably less than -1 0 ° C, more preferably less than -20 ° C, ideally to the minimum operating temperature, typically a temperature of -45 ° C.
  • the semiconductor device preferably has a film in which a strain reserve is formed as a tensile fold.
  • the film has a plurality of expansion openings, in particular the film is preferably perforated.
  • At least one expansion gap is formed between the two attachment regions.
  • the film it is advantageous for the film to be used by means of number of attachment areas is connected to the semiconductor substrate and a plurality of expansion gaps are formed in the film. It is particularly advantageous that the expansion gaps are formed approximately parallel to each other.
  • the film between the two mounting areas a strain reserve (3) in the range 1 0 ⁇ to 200 ⁇ , in particular in the range 50 ⁇ to 1 50 ⁇ , this is given in typical applications, a sufficient expansion reserve.
  • a semiconductor component may have only one expansion reserve, but preferably a plurality of expansion reserves are formed, in particular in the range from 2 to 400 expansion regions, preferably in the region from 1 00 to 300 expansion regions.
  • FIG. 1 shows a semiconductor device with a semiconductor substrate 1 and a metallic foil 2 according to the prior art
  • Figure 2 shows a first embodiment of a semiconductor device according to the invention, in which the film has expansion reserves 3;
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention, in which the film 2 has expansion openings 4;
  • FIG. 4 shows a method step in a first exemplary embodiment of a method according to the invention, in which the semiconductor substrate 1 is bent;
  • Figure 5 shows a process step of a second embodiment of a method according to the invention, in which the film 2 is contracted by means of cold;
  • Figure 6 is a plan view of the metallic foil 2 of a third embodiment of a semiconductor device according to the invention;
  • Figure 7 shows several embodiments of the arrangement of mounting areas between the metallic foil 2 and the semiconductor substrate 1 and
  • Figure 8 Examples of training a strain reserve.
  • FIGS. 1 to 7 are designed as photovoltaic solar cells whose rear side (shown in FIGS. H . when using the incident radiation side facing away, covered with a metallic foil.
  • the metallic foil is connected to the semiconductor substrate 1 at a plurality of attachment areas.
  • a first fastening region B2 and in each case three further fastening regions B are marked.
  • the solar cell can be embodied in a manner known per se; in particular, the semiconductor substrate can have further intermediate layers, in particular electrically insulating and / or optically reflective layers, on the side facing the film 2.
  • the metallic foil 2 can be connected to the semiconductor substrate 1 in an electrically conductive manner.
  • the metallic foil 2 without electrically conductive connection can only be mechanically connected to the semiconductor substrate 1, provided that no electrical contacting, but only the improvement of the optical and / or thermal properties is desired.
  • the metallic foil 2 is at a plurality of attachment areas B, preferably at all attachment areas B. - As in the present embodiments - electrically connected to the semiconductor substrate 1.
  • the solar cells according to FIGS. 1 to 7 are thus designed in a manner known per se to convert incident electromagnetic radiation into electrical energy.
  • the semiconductor device may be formed as an emitting diode by electrical energy is supplied via metallic contacts and this is converted into emitted electromagnetic radiation.
  • FIG. 1 shows a semiconductor device according to the prior art.
  • a metallic foil 2 designed as aluminum foil is placed all over the surface of the semiconductor substrate 1 and then mechanically by energy exposure by means of a laser at the attachment areas B to the surface of the semiconductor component and electrically connected.
  • a disadvantage of such a solar cell is that, in particular when cooled, the semiconductor substrate 1 typically has a smaller contraction with respect to the metallic foil 2, so that stresses arise at the attachment regions B which permanently reduce the mechanical and in particular electrical connection between metallic foil 2 and semiconductor substrate 1 or even completely dissolved, so that in particular the electrical resistance between the metallic foil 2 and the semiconductor substrate 1 increases.
  • the illustrated in Figure 2 first embodiment of a semiconductor device according to the invention has in difference to the semiconductor device according to Figure 1 between the attachment areas strain reserves.
  • a strain reserve 3 is formed between a first attachment region B 1 and a second attachment region B 2.
  • the metallic foil 2 thus has a greater length between the first attachment region B 1 and the second attachment region B 2, compared with the removal of the attachment region 1 from the attachment region 2 on the surface of the semiconductor substrate 1.
  • the metallic foil 2 is therefore curved between the fastening region B 1 and the fastening region B 2.
  • the elongation reserve 3 prevents the occurrence of mechanical stresses on the attachment regions B 1 and B2 and thus a deterioration or damage of the semiconductor component.
  • the expansion reserve 3 is here in the range 1 0 ⁇ to 200 ⁇ and in the present case is 1 00 ⁇ .
  • the semiconductor component has a total of 1 to 400 such expansion reserves, in the present case 200.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention. In order to avoid repetition, only the essential differences from the first exemplary embodiment according to FIG. 2 are discussed below.
  • the second embodiment according to FIG. 3 has no expansion reserves but expansion openings 4.
  • the metallic foil 2 is partially removed by means of laser action between the first attachment region B 1 and the second attachment region B 2, so that no mechanical stresses of the metallic foil 2 can arise in this region of the expansion opening 4.
  • expansion openings between each of the attachment areas B it is not absolutely necessary to provide expansion openings between each of the attachment areas B in each case. Since the forces of the mechanical stress at the attachment areas B can add up when the semiconductor substrate expands, expansion openings which merely mechanically decouple groups of attachment areas from one another in a typical case are sufficient to prevent damage to the semiconductor component. The then still occurring mechanical stresses are low, so that no damage to the connection between the metallic foil 2 and the semiconductor substrate 1 exist. In the second exemplary embodiment according to FIG. 3, groups of two fastening regions B are mechanically decoupled from one another by an expansion opening 4.
  • a semiconductor component according to the second exemplary embodiment takes place in such a way that in a method step A the semiconductor substrate 1 is initially provided.
  • the metallic foil 2 is arranged on a surface of the semiconductor substrate 1.
  • the metallic foil 2 is connected to the semiconductor substrate 1 at the connecting regions B by means of energy input by a laser analogously to DE 10 2006 044 936 A1.
  • metal foil 2 is then locally removed by means of the laser partially at the areas of the expansion opening 4.
  • a film is used which already has the expansion openings prior to carrying out method step B.
  • a semiconductor component according to the first exemplary embodiment, as shown in FIG. 2, can be produced by an exemplary embodiment of a method according to the invention shown schematically in FIG.
  • method steps A and B are performed.
  • the semiconductor substrate is bent and the metallic foil is arranged on the convex side of the semiconductor substrate 1.
  • method step C is performed.
  • the semiconductor substrate 1 is subsequently returned to its original, non-bent state, the result is a semiconductor component according to FIG. 2 with expansion reserves 3.
  • the semiconductor substrate 1 and the metallic foil are cooled to 0 ° C., ideally to the minimum operating temperature of -45 ° C.
  • the semiconductor substrate and the metal foil become again heated to room temperature, so that the expansion reserves 3 shown in Figure 2, since due to the different union expansion coefficient, the metal foil expands more than the semiconductor substrate.
  • FIG. 6 shows a plan view of a rear side of a third exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention.
  • the semiconductor component has a multiplicity of punctiform attachment regions B between the metallic foil 2 and the semiconductor and (here behind the plane) semiconductor substrate.
  • the expansion reserves 3 were formed as a lattice structure between in each case two punctiform attachment regions, in that the metallic foil was widened at the expansion regions 3 by means of a laser in a lattice-like manner after method step C by means of energy input.
  • any geometrical configuration of the attachment regions can be selected, for example the point-shaped attachment regions B shown on the left, the line-like attachment regions C shown in the center and the linear attachment regions D shown on the right.
  • FIG. 8 shows several exemplary embodiments in order to form expansion reserves by means of the metallic foil:
  • a particularly simple form of expansion reserve results as shown on the left a), in that the metallic foil is simply curved between the two attachment areas B. H hereby, the length of the metallic foil between the mounting areas B is greater than the direct connection between the mounting areas on the surface of the semiconductor substrate 1, so that at a greater contraction of the metallic foil 2 with respect to the semiconductor substrate 1 is thus given an expansion reserve, the occurrence prevented by mechanical stresses between the mounting areas B during expansion.
  • the volume V which is formed between the metallic foil 2 and the semiconductor substrate 1
  • the gas in particular air, which is in the volume V, also expands , So that thereby a mechanical stress on the attachment areas B is exercised.
  • this mechanical load which is due to the expansion of the gas in the volume V, is considerably smaller than a mechanical load, as occurs during cooling due to the different length contraction.
  • the volume V is therefore (not shown) fluidly connected to the environment, so that when Au expansion of a gas in the volume V thus pressure equalization by leakage of gas in the U environment is possible.
  • H is the film 2 at room temperature between the mounting portions B repeatedly corrugated.
  • kan n can thus - as shown under c) - the Increase volume without a mechanical stress occurs.
  • the metallic foil 2 is in this case arranged such that less than 70%, preferably less than 50%, of the maximum volume is formed at room temperature between the metallic foil 2 and the semiconductor substrate 1 (and limited by the attachment regions B).
  • the method according to the invention is thus suitable for producing typical contacting structures, in particular for photovoltaic solar cells and / or LEDs.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anheften einer metallischen Folie (2) an einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats (1), folgende Verfahrensschritte umfassend: A Bereitstellen des Halbleitersubstrats; B Anordnen der metallischen Folie zumindest partiell an der Oberfläche des Halbleitersubstrats; C Verbinden der metallischen Folie mit dem Halbleitersubstrat an zumindest an einem ersten und einem zweiten Befestigungsbereich durch lokalen Energieeintrag. Die Erfindung istdadurch gekennzeichnet, dass die Folie derart mit dem Halbleitersubstrat verbunden wird, dass im Betriebszustand die Folie zwischen den zwei Befestigungsbereichen eine Dehnungsreserve (3) und/oder zumindest eine Dehnungsöffnung (4) aufweist.

Description

Verfahren zum Anheften einer metallischen Folie an eine Oberfläche eines Halb- leitersubstrats und Halbleiterbauelement mit einer metallischen Folie
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anheften einer metallischen Folie an einer Oberfläche eines Halbleitersubstrates gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleitersubstrat und einer metall ischen Folie gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 1 .
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist es häufig wünschenswert, an einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats zumindest teilflächig eine metallische Schicht anzuordnen , insbesondere zur elektrischen Kontaktierung und/oder zur Verbesserung der optischen und/oder thermischen Eigenschaften .
I nsbesondere bei photovoltaischen Solarzellen wird häufig an der bei Benutzung der einfallenden Strahlung abgewandten Seite eines Halbleitersubstrats eine metallische Schicht zur elektrischen Kontaktierung und Verbesserung der optischen Eigenschaften angeordnet. Dies trifft ebenso auf elektronische Halbleiterbauelemente und/oder lichtemittierende Halbleiterbauelemente wie beispielsweise LED oder OLED zu .
Aus DE 1 0 2006 044 936 A1 ist bekannt, dass eine zumindest partielle Metallisierung mindestens einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats eines Halbleiterbauelements durch Anordnen einer Aluminiumfolie an einer Oberfläche des Halbleiterbauelements und partielles Verbinden des Aluminiums mit der Oberfläche des Halbleitersubstrats durch Energieeinwirkung erfolgen kann .
Die Verwendung einer metallischen Folie ermöglicht ein schnelles und kostengünstiges Verfahren zum Anordnen einer metallischen Schicht an einem Halbleitersubstrat. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorbekannte Verfahren zu verbessern , insbesondere, um die Haltbarkeit des Halbleiterbauelements zu verbessern .
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Anheften einer metallischen Folie an einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats gemäß Anspruch 1 sowie ein Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1 1 . Vorzugsweise Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 1 0 und des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in den Ansprüchen 12 bis 1 5. H iermit werden sämtliche Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen .
Das Halbleitersubstrat kann hierbei einen Halbleiterwafer, insbesondere einen Siliziumwafer umfassen . Ebenso kann das Halbleitersubstrat mehrere Schichten umfassen und insbesondere als ein mit einer oder mehreren Schichten beschichteter Halbleiterwafer sein . Der Begriff „Oberfläche des Halbleitersu bstrats" bezeichnet diejenige Oberfläche, an welcher die metallische Folie angeordnet wird . Das Anordnen der metallischen Folie kann somit beispielsweise unmittelbar an der Oberfläche eines Halbleiterwafers, einer Halbleiterschicht oder einer oder mehrerer den Halbleiterwafer oder die Halbleiterschicht bedeckenden Schicht erfolgen .
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise zur Ausbildung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements und/oder einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon ausgebildet. Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement ist vorzugsweise mittels Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anheften einer metallischen Folie an einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats umfasst folgende Verfahrensschritte:
I n einem Verfahrensschritt A erfolgt ein Bereitstellen des Halbleitersubstrats. I n einem Verfahrensschritt B erfolgt ein Anordnen der metallischen Folie zumindest partiell an der Oberfläche des Halbleitersubstrats und in einem Verfahrensschritt C erfolgt ein Verbinden der metallischen Folie mit dem Halbleitersubstrat an zumindest einem ersten und einem zweiten Befestigungsbereich durch lokalen Energieeintrag.
Die Erfindung ist in der Erkenntnis des Anmelders begründet, dass bei vorbekannten Verfahren die derart hergestellten Halbleiterbauelemente häufig keine zufriedenstellenden Lebensdauern aufweisen . U ntersuchungen des Anmelders haben ergeben , dass hierfür häufig ein zumindest teilweises Lösen der Verbindung zwischen metallischer Folie und Halbleitersubstrat die U rsache ist. Dies konnte insbesondere in so genannten„damp heat"-Tests nachgewiesen werden .
Eine genauere Untersuchung zeigte, dass insbesondere das testweise Durchlaufen von so genannten„Temperatur-Zyklen", welche eine thermische Belastung des Halbleiterbauelements bei Benutzung simulieren , solche Ausfälle oder zumindest erheblichen Verschlechterungen der elektrischen Eigenschaften der Halbleiterbauelemente provozieren konnte. Eine U rsache scheint insbesondere darin zu liegen , dass bei Temperaturschwankungen die Verbindung zwischen metallischer Folie und Halbleitersubstrat beeinträchtigt wird , so dass beispielsweise der elektrische Widerstand zwischen metallischer Folie und Halbleitersubstrat ansteigt und sich hierdurch die Eigenschaften des Halbleiterbauelements verschlechtern , beispielsweise der Wirkungsgrad einer photovoltai- schen Solarzelle sinkt.
Wesentlich ist daher, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Folie derart mit dem Halbleitersubstrat verbunden wird , dass in Betriebszustand die Folie zwischen den zwei Befestigungsbereichen eine Dehnungsreserve und/oder zumindest eine Dehnungsöffnung aufweist.
Der Begriff „Betriebszustand" bezeichnet hierbei und im Folgenden einen Zustand des Halbleiterbauelements, welches das Halbleitersubstrat und die metallische Folie aufweist, mit typischen Betriebsparametern , insbesondere einer typischen (durchschnittlichen) Betriebstemperatur des Halbleitersubstrats und der metallischen Folie.
Die Dehnungsreserve und/oder Dehnungsöffnung der metallischen Folie zwischen den zwei Befestigungsbereichen weist den Vorteil auf, dass bei einem Abweichen von den typischen , durchschnittlichen Parametern des Betriebszu- Stands, insbesondere einer Abkühlung des Halbleitersubstrats und/oder der Metallfolie keine oder zumindest verringerte mechanische Belastungen an den Befestigungsbereichen auftreten : Untersuchungen des Anmelders haben ergeben , dass aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnkoeffizienten von Halbleitersubstrat einerseits und metallischer Folie andererseits eine Temperaturänderung, insbesondere eine Temperatursenkung zu erheblichen Spannungen an den Befestigungsbereichen führen kann , welche wiederum ein teilweises oder vollständiges Ablösen der Metallfolie und dementsprechend ein Ansteigen des elektrischen Widerstands zwischen Metallfolie und Halbleitersubstrat bewi rken kann .
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann somit in einfacher Weise die Lebensdauer des Halbleiterbauelements und/oder eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Halbleiterbauelements bei Temperaturschwankungen vermieden werden .
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist weiterhin durch ein Halbleiterbauelement gelöst. Das Halbleiterbauelement weist ein Halbleitersubstrat und eine metallische Folie auf. Die metallische Folie ist zumindest an einem ersten und einem zweiten Befestigungsbereich lokal mit dem Halbleitersubstrat verbunden . Wesentlich ist, dass die metallische Folie zwischen den beiden Befestigungsbereichen im Betriebszustand des Halbleiterbauelements eine Dehnungsreserve und/oder zumindest eine Dehnungsöffnung aufweist.
H ierdurch ergeben sich die zuvor beschriebenen Vorteile.
Eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung ergibt sich , indem wie zuvor beschrieben eine Dehnungsreserve zwischen den beiden Befestigungsbereichen vorgesehen ist. Die Dehnungsreserve ist bevorzugt derart ausgebildet, dass die Länge der metallischen Folie zwischen den beiden Befestigungsbereichen größer ist als die direkte Verbindung zwischen den beiden Befestigungsbereichen auf der der metallischen Folie zugewandten Oberfläche des Halbleiterbauelementes. I n dieser vorzugsweisen Ausführungsform weist die metallische Folie zwischen den beiden Befestigungsbereichen somit eine Längenreserve auf, so dass bei stärkerem Zusammenziehen der metallischen Folie gegenüber dem Zusammenziehen des Halbleitersubtrates, insbesondere infolge von Abküh- lung, keine mechanische Spannung zwischen den beiden Befestigungsbereichen auftritt, da aufgrund der vorbeschriebenen Längenreserve eine größere Kontraktion der metallischen Folie gegenüber dem Halbleiterbauelement kompensiert wird . Bei Temperaturen oberhalb der minimalen Betriebstemperatur ist die metallische Folie daher bevorzugt zwischen den beiden Befestigungsbereichen mindestens einfach , vorzugsweise mehrfach gewölbt, so dass eine Längenreserve ausgebildet ist. I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass bei Raumtemperatur ein Volumen , welches zwischen Metallfolie und Halbleitersubstrat besteht und durch die Befestigungsbereiche begrenzt wird , erweiterbar ist, ohne dass eine mechanische Spannung zwischen den Befestigungsbereichen auftritt.
Dies ist in besonders einfacher Weise durch eine vorangehend beschriebene Wellung oder schlangenlinienartige Anordnung der Metallfolie zwischen den Befestigungsbereichen bei Raumtemperatur realisierbar.
Die metallische Folie ist somit insbesondere bevorzugt derart zwischen den beiden Befestigungsbereichen angeordnet, dass bei Raumtemperatur ein Volumen kleiner dem maximal möglichen eingeschlossenen Volumen zwischen metall ischer Folie und Halbleiterbauelement mit Begrenzung durch die Befestigungsbereiche ausgebildet ist, so dass eine Volumenvergrößerung dieses eingeschlossenen Volumens möglich ist, ohne dass mechanische Spannungen auftreten . Vorzugsweise ist die metallische Folie daher derart angeordnet, dass bei Rau mtemperatur weniger als 70% , bevorzugt weniger als 50% des maximalen Volumens zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat (und begrenzt durch die Befestigungsbereiche) ausgebildet ist.
I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform weist das vorbeschriebene Volumen zwischen metallischem Folienhalbleitersubstrat, welches durch die beiden Befestigungsbereiche begrenzt ist, eine fluidleitende Verbindung zur U mgebung auf, so dass ein Druckausgleich zwischen U mgebung und dem vorbeschriebenen Volumen möglich ist. H ierdurch wird in einfacher Weise erzielt, dass eine etwaige Ausdehnung eines Gases, insbesondere von Luft, zwischen Metallfolie und Halbleitersubstrat bei Erwärmung nicht zu einer mechanischen Spannung an den Befestigungsbereichen führt, da eventuell sich ausdehnendes Gas über den Druckausgleich in die U mgebung entweichen kann . I n einer vorzugsweisen Ausführungsform wird in Verfahrensschritt B das Halbleitersubstrat gebogen und die metallische Folie an eine konvexe Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet.
Verfahrensschritt C wird hierbei im gebogenen Zustand des Halbleitersubstrats durchgeführt und nach dem Verbinden der metallischen Folie an dem ersten und zweiten Befestigungsbereich wird das Halbleitersubstrat wieder in den ursprünglichen , nicht gebogenen , Zustand zurückgeführt. Hierdurch wird in einfacher und kostengünstiger Weise eine Dehnungsreserve ausgebildet.
I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird die Dehnungsreserve erwirkt, indem die Folie mittels Wärmeeinwirkung lokal gestreckt wird . Untersuch ungen des Anmelders haben ergeben , dass eine metallische Folie durch lokale Wärmeeinwirkung dauerhaft gedehnt werden kann . Vorzugsweise wird daher zunächst Verfahrensschritt C ausgeführt und nach dem Befestigen der metallischen Folie an den ersten und den zweiten Befestigungsbereich die Folie zwischen den beiden Befestigungsbereichen mittels Wärmeeinwirkung lokal gestreckt, so dass eine Dehnungsreserve ausgebildet wird .
Der Energieeintrag in Verfahrensschritt C wird vorzugsweise mittels Beaufschlagen mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere mittels Beleuchtung und/oder mittels eines Lasers durchgeführt.
I nsbesondere ist es vorteilhaft, ein Verschmelzen an dem ersten und dem zweiten Befestigungsbereich zwischen metallischer Folie und Halbleitersubstrat mittels eines Lasers in Verfahrensschritt C durchzuführen .
Vorzugsweise wird der Laser weiterhin wie zuvor beschrieben zur lokalen Streckung bzw. Dehnung der metallischen Folie eingesetzt, so dass in kostengünstiger Weise der Laser zwei Funktionen übernimmt, einerseits das Befestigen der metallischen Folie an dem ersten und zweiten Befestigungsbereich und andererseits das Ausbilden der Dehnungsreserve zwischen den Befestigungsbereichen durch lokales Strecken/Dehnen der metallischen Folie. Bei typischen Vorrichtungen kann in einfacher Weise jeweils ein Satz von Laserparametern für unterschiedliche Bearbeitungsschritte und örtliche Bearbeitungspunkte vorgege- ben werden , so dass beispielsweise ohne erhöhten apparativen Aufwand der Laser mit einer geringeren Leistung und/oder beim gepulsten Laser mit einer entsprechend geänderten Pulsrate und/oder Dauer zur Dehnung/Streckung der metallischen Folie eingesetzt werden kann .
I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird in Verfahrensschritt C während des Wärmeeintrags an dem ersten Befestigungsbereich durch die Wärmeeinwirkung die Folie lokal gedehnt. U ntersuchungen des Anmelders haben gezeigt, dass ein hoher lokaler Wärmeeintrag an einem ersten Befestigungsbereich gleichzeitig die Folie in den umliegenden Bereichen zu dem Befestigungsbereich dehnen/strecken kann .
Dies ist darin begründet, dass aufgrund der eingestrahlten Fluenz und aufgrund der Wärmeleitung der metallischen Folie auch ein Bereich außerhalb der direkt bestrahlten Fläche der metallischen Folie erwärmt wird .
Alternativ und/oder zusätzlich kann in einer weiteren vorzugsweisen Ausfü hrungsform nach Verfahrensschritt C in einem Verfahrensschritt D durch lokalen Wärmeeintrag die Folie lokal zwischen den beiden Befestigungsbereichen gedehnt und/oder gestreckt werden .
Es liegt somit im Rahmen der Erfindung, eine Dehnungsreserve auszubilden , indem zwischen den Befestigungsbereichen mittels Wärmeeinwirkung die Folie gedehnt wird , insbesondere, indem nach Ausbilden der Befestigungsbereiche in einem separaten Verfahrensschritt zwischen den Befestigungsbereichen mittels Wärmeeinwirkung die Folie gedehnt wird .
Ebenso kann nach Ausbilden der Befestigungsbereiche in einem separaten Ver- fahrensschritt zwischen den Befestigungsbereichen mittels Wärmeeinwirkung die Folie gedehnt werden , indem die Wärmeeinwirkung im Bereich der Befestigungsbereiche erfolgt, insbesondere mittels eines Lasers, so dass sich seitlich neben den Befestigunsgbereichen die Folie ausdehnt. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass d ie Befestigungsbereiche mittels Wärmeeinwirkung, insbesondere Laserstrahlung, ausgebildet werden und während des Ausbildens der Befestigungsbereiche durch die Wärmeeinwirkung in der Folie an und seitlich neben den Befestigungsbereichen eine Dehnungsreserve ausgebildet wird .
I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwischen den beiden Befestigungsbereichen mindestens eine Dehnungsöffnung erzeugt. Hierdurch wird ein einfacher Weise durch Trennen und/oder partielles Entfernen der metallischen Folie eine Dehnungsöffnung erzielt.
I nsbesondere ist es vorteilhaft, mittels Wärmeeinwirkung die metallische Folie partiell zur Ausbildung einer Dehnungsöffnung zu entfernen , insbesondere zu ablatieren und/oder zu verdampfen .
H ierbei kann eine Mehrzahl von Dehnungsöffnungen erzeugt werden . Es liegt dabei ihm Rahmen der Erfindung, die Dehnungsöffnungen nach Anordnen der metallischen Folie gemäß Verfahrensschritt B und insbesondere bevorzugt nach Verbinden der metallischen Folie gemäß Verfahrensschritt C zu perforieren .
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, eine Folie mit vorgefertigten Dehnungsöffnungen zu verwenden , welche somit bereits vor Verfahrenschritt B die Dehnungsöffnungen aufweist. I nsbesondere ist es vorteilhaft, eine perforierte Folie zu verwenden .
Alternativ und/oder zusätzlich kann mindestens ein Dehnungspalt in der Folie erzeugt werden . Dies ist insbesondere vorteilhaft, sofern der erste und/oder der zweite Befestigungsbereich eine längliche Ausbildung aufweist, wobei hierbei bevorzugt der Dehnungsspalt in etwa parallel zu der länglichen Erstreckung von erstem und/oder zweitem Befestigungsbereich ausgebildet ist.
I nsbesondere photovoltaische Solarzellen und LED weisen typischerweise l inienartige Kontaktierungsstrukturen auf, so genannte Metallisierungsfinger und/oder Busbars. Diese können bei dem bevorzugten Verfahren als Befestigungsbereiche ausgebildet sein . H ierbei ist es vorteilhaft, zwischen den liniena rtig ausgebildeten Befestigungsbereichen (beispielsweise den„Kontaktierungs- fingern") eine Mehrzahl von Dehnungsöffnungen und/oder mindestens einen Dehnungspalt, welcher bevorzugt in etwa parallel zur Längserstreckung der Befestigungsbereiche angeordnet ist, auszubilden .
I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist die Dehnungsreserve als Wabenstruktur ausgebildet. H ierbei sind Dehnungsspalte entlang der Kantenlinie der Wabenstruktur vorgesehen , wobei bevorzugt die Dehnungsspalte nur Teilbereiche der Kantenlinien abdecken , so dass keine Abtrennung eines Wabensegments erfolgt.
I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird in Verfahrensschritt C zumindest die metallische Folie auf eine gegenüber der Temperatur in Betriebszustand niedrigeren Temperatur abgekühlt.
Nach Durchführen von Verfahrensschritt C mit Befestigen der metallischen Folie an zumindest dem ersten und dem zweiten Befestigungsbereich wird die meta llische Folie wieder auf die übliche, durchschnittliche Temperatur in Betriebszustand gebracht, beispielsweise Raumtemperatur. Durch die Temperaturerhöhung erfolgt ein Ausdehnen der metallischen Folie, so dass sich eine Dehnungsreserve ausbildet. Diese vorzugsweise Ausführungsform stellt somit eine besonders einfache und kostengünstige realisierbare Ausführungsform dar, welche lediglich eine Kühlung der metallischen Folie vor Durchführen des Verfahrensschritts C erfordert. Vorzugsweise wird die Folie auf eine Temperatur kleiner 0°C, bevorzugt kleiner -1 0°C, weiter bevorzugt kleiner -20°C gekühlt, ideal bis zur minimalen Betriebstemperatur, typischerweise eine Temperatur von -45°C.
Entsprechend der vorbeschriebenen vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Halbleiterbauelement vorzugsweise eine Folie auf, bei welcher eine Dehnungsreserve als Dehnungsfalte ausgebildet ist.
I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist die Folie eine Mehrzahl von Dehnungsöffnungen auf, insbesondere ist die Folie bevorzugt perforiert.
I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform des Halbleiterbauelements ist zwischen den beiden Befestigungsbereichen mindestens ein Dehnungspalt ausgebildet. I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass die Folie mittels an einer Meh r- zahl von Befestigungsbereichen mit dem Halbleitersubstrat verbunden ist und mehrere Dehnungspalten in der Folie ausgebildet sind . Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, dass die Dehnungspalten in etwa parallel zueinander ausgebildet sind .
Vorzugsweise weist im Betriebszustand die Folie zwischen den zwei Befestigungsbereichen eine Dehnungsreserve (3) im Bereich 1 0 μηι bis 200 μηι , insbesondere im Bereich 50 μηι bis 1 50 μηι auf, hierdurch ist in typischen Anwendungsfällen eine ausreichende Dehnungsreserve gegeben . Ein Halbleiterbauelement kann lediglich eine Dehnungsreserve aufweisen , vorzugsweise ist jedoch eine Mehrzahl an Dehnungsreserven ausgebildet, insbesondere im Bereich 2 bis 400 Dehnungsbereiche, vorzugsweise im Bereich 1 00 bis 300 Dehnungsbereiche.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmale werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren beschrieben . Dabei zeigt:
Figur 1 ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleitersubstrat 1 und einer metallischen Folie 2 gemäß Stand der Technik;
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, bei welchem die Folie Dehnungsreserven 3 aufweist;
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, bei welchem die Folie 2 Dehnungsöffnungen 4 aufweist;
Figur 4 ein Verfahrensschritt in einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem das Halbleitersubstrat 1 gebogen ist;
Figur 5 ein Verfahrensschritt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem die Folie 2 mittels Kälteeinwirkung kontrahiert ist; Figur 6 eine Draufsicht auf die metallische Folie 2 eines dritten Ausfü hrungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements;
Figur 7 mehrere Ausführungsbeispiele für die Anordnung von Befestigungsbereichen zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat 1 und
Figur 8 Beispiele für Ausbildungen einer Dehnungsreserve.
Sämtliche Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen . Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
Die Halbleiterbauelemente der Figuren 1 bis 7 sind als photovoltaische Solarzellen ausgebildet, deren (in den Figuren 1 bis 5 oben liegend dargestellte) Rückseite, d . h . bei Benutzung der einfallenden Strahlung abgewandte Seite, mit einer metallischen Folie bedeckt ist.
Die metallische Folie ist an mehreren Befestigungsbereichen mit dem Halbleitersubstrat 1 verbunden . Exemplarisch sind ein erster Befestigungsbereich B2 sowie jeweils drei weitere Befestigungsbereiche B gekennzeichnet.
Die Solarzelle kann in an sich bekannter Weise ausgeführt sein , insbesondere kann das Halbleitersubstrat auf der der Folie 2 zugewandten Seite weitere zwischengelagerte Schichten , insbesondere elektrisch isolierende und/oder optisch reflektierende Schichten aufweisen . An den Befestigungsbereichen B kann die metallische Folie 2 elektrisch leitend mit dem Halbleitersubstrat 1 verbunden sein . Ebenso kann an manchen oder allen Bereichen die metallische Folie 2 ohne elektrisch leitende Verbindung lediglich mechanisch mit dem Halbleitersubstrat 1 verbunden sein , sofern keine elektrische Kontaktierung, sondern lediglich die Verbesserung der optischen und/oder thermischen Eigenschaften erwünscht ist.
I n typischen Ausführungsformen ist jedoch an einer Vielzahl der Befestigungsbereiche B, bevorzugt an allen Befestigungsbereichen B die metallische Folie 2 - wie in den vorliegenden Ausführungsbeispielen - elektrisch leitend mit dem Halbleitersubstrat 1 verbunden .
Die Solarzellen gemäß Figur 1 bis 7 sind somit in an sich bekannter Weise dazu ausgebildet, um einfallende elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie umzuwandeln . Ebenso kann umgekehrt das Halbleiterbauelement als emittierende Diode ausgebildet sein , indem über metallische Kontaktierungen elektrische Energie zugeführt wird und diese in emittierte elektromagnetische Strahlung umgewandelt wird .
Figur 1 zeigt ein Halbleiterbauelement gemäß Stand der Technik. H ier wurde mittels des in DE 1 0 2006 044 936 A1 beschriebenen Verfahrens zunächst eine als Alu miniumfolie ausgebildete metallische Folie 2 ganzflächig auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 aufgelegt und anschließend durch Energieeinwirkung mittels eines Lasers partiell an den Befestigungsbereichen B mit der Oberfläche des Halbleiterbauelements mechanisch und elektrisch leitend verbunden .
Nachteilig bei einer solchen Solarzelle ist, dass insbesondere bei Abkühlung das Halbleitersubstrat 1 typischerweise eine kleinere Kontraktion gegenüber der metallischen Folie 2 aufweist, so dass an den Befestigungsbereichen B Spannungen entstehen , welche die mechanische und insbesondere elektrische Verbindung zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat 1 dauerhaft verringern oder sogar vollständig lösen können , so dass insbesondere der elektrische Widerstand zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat 1 ansteigt.
Das in Figur 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements weist im U nterschied zu dem Halbleiterbauelement gemäß Figur 1 zwischen den Befestigungsbereichen Dehnungsreserven auf. Beispielsweise ist zwischen einem ersten Befestigungsbereich B 1 und einem zweiten Befestigungsbereich B2 eine Dehnungsreserve 3 ausgebildet. Bei typischer Betriebstemperatur weist die metallische Folie 2 zwischen erstem Befestigungsbereich B 1 und zweitem Befestigungsbereich B2 somit eine größere Länge auf, verglichen mit der Entfernung des Befestigungsbereichs 1 zu dem Befestigungsbereich 2 auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 . Bei der typischen Betriebstemperatur ist die metallische Folie 2 daher zwischen Befestigungsbereich B 1 und Befestigungsbereich B2 gewölbt.
Sofern nun eine Abkühlung des Halbleiterbauelements und damit einhergehend eine größere Kontraktion der metallischen Folie 2 gegenüber dem Halbleitersubstrat 1 erfolgt, so verhindert die Dehnungsreserve 3 das Auftreten mechan ischer Spannungen an den Befestigungsbereichen B 1 und B2 und damit eine Verschlechterung bzw. Beschädigung des Halbleiterbauelements.
Die Dehnungsreserve 3 liegt hierbei im Bereich 1 0 μηι bis 200 μηι und beträgt vorliegend 1 00 μηι . Das Halbleiterbauelement weist insgesamt im Bereich 1 bis 400 solcher Dehnungsreserven auf, vorliegend 200.
I n Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements dargestellt. I m Folgenden wird zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich auf die wesentlichen U nterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 eingegangen :
Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 weist keine Dehnungsreserven , sondern Dehnungsöffnungen 4 auf. Beispielsweise ist zwischen dem ersten Befestigungsbereich B 1 und dem zweiten Befestigungsbereich B2 die metallische Folie 2 mittels Lasereinwirkung partiell entfernt, so dass in diesem Bereich der Dehnungsöffnung 4 keine mechanischen Spannungen der metallischen Folie 2 entstehen können .
Es ist hierbei nicht zwingend notwendig, zwischen allen Befestigungsbereichen B jeweils zwischengeordnet Dehnungsöffnungen vorzusehen . Da sich bei Ausdehnung des Halbleitersubstrats die Kräfte der mechanischen Belastung an den Befestigungsbereichen B summieren können , genügen in typischen Fällen Dehnungsöffnungen , die lediglich Gruppen von Befestigungsbereichen mechanisch voneinander entkoppeln , um eine Beschädigung des Halbleiterbauelements zu verhindern . Die dann noch auftretenden mechanischen Spannungen sind gering, so dass keine Schäden der Verbindung zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat 1 bestehen . I n dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sind jeweils Gruppen von zwei Befestigungsbereichen B durch eine Dehnungsöffnung 4 mechanisch voneinander entkoppelt.
Die Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß zweitem Ausführungsbeispiel , wie in Figur 3 dargestellt, erfolgt derart, dass in einem Verfahrensschritt A zunächst das Halbleitersubstrat 1 bereitgestellt wird . I n einem Verfahrensschritt B erfolgt das Anordnen der metallischen Folie 2 an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 . I n einem Verfahrensschritt C erfolgt ein Verbinden der metallischen Folie 2 mit dem Halbleitersubstrat 1 an den Verbindungsbereichen B mittels Energieeintrag durch einen Laser analog zu DE 1 0 2006 044 936 A1 .
Wesentlich ist, dass anschließend mittels des Lasers partiell an den Bereichen der Dehnungsöffnung 4 die metallische Folie 2 lokal entfernt wird .
I n einem alternativen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Folie verwendet, welche bereits vor Durchführen des Verfahrensschrittes B die Dehnungsöffnungen aufweist.
Ein Halbleiterbauelement gemäß erstem Ausführungsbeispiel , wie in Figur 2 dargestellt, kann durch ein in Figur 4 schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden :
Wie zuvor beschrieben werden Verfahrensschritte A und B durchgeführt. I n Verfahrensschritt B wird jedoch das Halbleitersubstrat gebogen und die metallische Folie an der konvexen Seite des Halbleitersubstrats 1 angeordnet. I m gebogenen Zustand des Halbleitersubstrats 1 wird Verfahrensschritt C durchgeführt.
Wird nun anschließend das Halbleitersubstrat 1 wieder in seinen ursprünglichen , nicht gebogenen Zustand zurückgeführt, so ergibt sich ein Halbleiterbauelement gemäß Figur 2 mit Dehnungsreserven 3.
I n einem alternativen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 wird vor Verfahren sschritt C das Halbleitersubstrat 1 und die metallische Folie auf 0°C, ideal bis zur minimalen Betriebstemperatur von -45°C, gekühlt. Nach Durchführen der Verfahrensschritte B und C werden das Halbleitersubstrat und die Metallfolie wieder auf Raumtemperatur erwärmt, so dass sich Dehnungsreserven 3 gemäß Figur 2 ergeben , da aufgrund der unterschied lichen Ausdehnungskoeffizienten sich die Metallfolie mehr ausdehnt als das Halbleitersubstrat.
Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf eine Rückseite eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements. Das Halbleiterbauelement weist eine Vielzahl punktförmiger Befestigungsbereiche B zwischen metallischer Folie 2 und Halbleiter und (hier hinter der Zeichenebene liegenden) Halbleitersubstrat auf.
Die Dehnungsreserven 3 wurden als Gitterstruktur zwischen jeweils zwei punktförmigen Befestigungsbereichen ausgebildet, indem mittels Energieeintrag durch einen Laser gitterartig nach Verfahrensschritt C die metallische Folie an den Dehnungsbereichen 3 geweitet wurde.
Wie in Figur 7 ersichtlich , kann je nach Anforderung an das Halbleiterbauelement eine beliebige geometrische Ausgestaltung der Befestigungsbereiche gewählt werden , beispielsweise die links dargestellten punktförmigen Befestigungsbereiche B , die mittig dargestellten strichartigen Befestigungsbereiche C und die rechts dargestellten linienartigen Befestigungsbereiche D.
I n Figur 8 sind mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt, um Dehnungsreserven mittels der metallischen Folie auszubilden :
Eine besonders einfache Form einer Dehnungsreserve ergibt sich wie links u nter a) dargestellt, indem zwischen den beiden Befestigungsbereichen B die metallische Folie einfach gewölbt ist. H ierdurch ist die Länge der metallische Folie zwischen den Befestigungsbereichen B größer als die direkte Verbindung zwischen den Befestigungsbereichen auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 , so dass bei einer stärkeren Kontraktion der metallischen Folie 2 gegenüber dem Halbleitersubstrat 1 somit eine Dehnungsreserve gegeben ist, welche das Auftreten von mechanischen Spannungen zwischen den Befestigungsbereichen B bei Ausdehnung verhindert. Sofern das Volumen V, welches zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat 1 ausgebildet ist, jedoch vollständig von Befestigungsbereichen B umschlossen ist, ergibt sich jedoch der Nachteil , dass bei einer Erwärmung das Gas, insbesondere Luft, welches sich in dem Volumen V befindet, ebenfalls ausdehnt, so dass hierdurch eine mechanische Belastung auf die Befestigungsbereiche B ausgeübt wird . Jedoch ist diese mechan ische Belastung, welche im Ausdehnen des Gases im Volumen V begründet ist, erheblich kleiner, als eine mechanische Belastung, wie sich beim Abkühlen aufgrund der unterschiedl ichen Längenkontraktion auftritt.
I n einem weiteren vorzugsweisen Ausführungsbeispiel ist das Volumen V daher (nicht dargestellt) fluidleitend mit der Umgebung verbunden , so dass bei Au sdehnung eines sich im Volumen V befindlichen Gases somit ein Druckausgleich durch Austreten von Gas in die U mgebung möglich ist.
U nter b) ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt: H ier ist die Folie 2 bei Raumtemperatur zwischen den Befestigungsbereichen B mehrfach gewellt. Sofern sich bei einer Betriebstemperatur, welche höher als Raumtemperatur ist, somit nun nicht nur die metallische Folie 2 stärker als das Halbleitersubstrat 1 ausdehnt, sondern zusätzlich ein sich im Volumen V befindliches Gas ausdehnt, kan n sich somit - wie unter c) dargestellt - das Volumen vergrößern , ohne dass eine mechanische Spannung auftritt. Dies ist damit begründet, dass in dem b) bei Raumtemperatur dargestellten Zustand zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat 1 nicht das maximale Volumen ausgebildet ist. Vorzugsweise ist d ie metallische Folie 2 hierbei derart angeordnet, dass bei Raumtemperatur weniger als 70% , bevorzugt weniger als 50% des maximalen Volumens zwischen metallischer Folie 2 und Halbleitersubstrat 1 (und begrenzt durch die Befestigungsbereiche B) ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit zur Herstellung typischer Kontaktie- rungsstrukturen insbesondere für photovoltaische Solarzellen und/oder LEDs geeignet.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Anheften einer metallischen Folie an einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats, folgende Verfahrensschritte umfassend :
A Bereitstellen des Halbleitersubstrats;
B Anordnen der metallischen Folie zu mindest partiell an der Oberfläche des Halbleitersubstrats;
C Verbinden der metallischen Folie mit dem Halbleitersubstrat (1 ) an zumindest an einem ersten und einem zweiten Befestigungsbereich (B2) durch lokalen Energieeintrag,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Folie derart mit dem Halbleitersubstrat verbunden wird , dass im Betriebszustand die Folie zwischen den zwei Befestigungsbereichen eine Dehnungsreserve (3) und/oder zumindest eine Dehnungsöffnung (4) aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt B das Halbleitersubstrat (1 ) gebogen wird und die metallische Folie (2) an eine konvexe Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet wird .
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dehnungsreserve (3) erwirkt wird , indem die Folie mittels Wärmeeinwirkung lokal gestreckt wird .
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt C während des Wärmeeintrags an dem ersten Befestigungsbereich (B 1 ) durch die Wärmeeinwirkung die Folie lokal gedehnt wird .
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass nach Verfahrensschritt C in einem Verfahrensschritt D durch lokalen Wärmeeintrag die Folie lokal zwischen den beiden Befestigungsbereichen gedehnt wird .
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den beiden Befestigungsbereichen mindestens eine Dehnungsöffnung (4) erzeugt wird , vorzugsweise mittels lokalem entfernen der Folie mittels Wärmeeinwirkung.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Mehrzahl von Dehnungsöffnungen erzeugt werden , insbesondere, dass eine perforierte Folie verwendet wird und/oder die Folie perforiert wird .
8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Dehnungsspalt in der Folie erzeugt wird .
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dehnungsreserve (3) als Wabenstruktur ausgebildet wird .
1 0. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt C zumindest die Folie auf eine gegenüber der Temperatur im Betriebszustand niedrigeren Temperatur gekühlt wird , insbesondere, dass zumindest die Folie auf eine Temperatur kleiner 0°C, bevorzugt kleiner -1 0°C, weiter bevorzugt kleiner -20°C, ideal bis zur minimalen Betriebstemperatur, insbesondere von -45°C gekühlt wird .
1 1 . Halbeiterbauelement,
mit einem Halbleitersubstrat (1 ) und einer metallischen Folie, welche metallische Folie (2) an zumindest einem ersten und einem zweiten Befestigungsbereich (B2) lokal mit dem Halbleitersubstrat (1 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die metallische Folie (2) zwischen den beiden Befestigungsbereichen
im Betriebszustand des Halbeiterbauelements eine Dehnungsreserve (3) und/oder zumindest eine Dehnungsöffnung (4)aufweist.
12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die metallische Folie eine Dehnungsreserve aufweist, welche als Längenreserve ausgebildet ist, indem die metallische Folie (2) derart zwischen den beiden Befestigungsbereichen angeordnet ist, dass die Länge der metallischen Folie zwischen den Befestigungsbereichen größer ist als die direkte Verbindung zwischen den Befestigungsbereichen auf der der metallischen Folie (2) zugewandten Oberfläche des Halbleitersubstrats (1 )-
1 3. Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 1 bis 12,
dass eine Dehnungsreserve (3) als Dehnungsfalte ausgebildet ist, insbesondere, dass ein durch die Befestigungsbereiche begrenzter Bereichs zwischen Folie und Halbleitersubstrat eine fluitleitende Druckausgleichsverbindung zur U mgebung aufweist.
14. Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 1 bis 1 3 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Folie eine Mehrzahl von Dehnungsöffnungen aufweist, insbesondere, dass die Folie perforiert ist und/oder
dass zwischen den beiden Befestigungsbereichen mindestens eine Dehnungsspalt ausgebildet ist, insbesondere,
dass die Folie mittels an einer Mehrzahl von Befestigungsbereichen mit dem Halbleitersubstrat verbunden ist und mehrere Dehnungsspalte in der Folie ausgebildet sind , vorzugsweise, dass die Dehnungsspalte parallel zueinander ausgebildet sind .
5. Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass im Betriebszustand die Folie zwischen den zwei Befestigungsbereichen eine Dehnungsreserve (3) im Bereich 1 0 μηι bis 200 μηι, insbeson- dere im Bereich 50 μηι bis 1 50 μηι aufweist, insbesondere, dass das
Halbleiterbauelement im Bereich 1 bis 400 Dehnungsbereiche, vorzugsweise im Bereich 1 00 bis 300 Dehnungsbereiche aufweist.
PCT/EP2017/070355 2016-08-18 2017-08-10 Verfahren zum anheften einer metallischen folie an eine oberfläche eines halbleitersubstrats und halbleiterbauelement mit einer metallischen folie WO2018033474A1 (de)

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018105472A1 (de) 2018-03-09 2019-09-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle, photovoltaische Solarzelle und Photovoltaikmodul
DE102018105438A1 (de) 2018-03-09 2019-09-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle und photovoltaische Solarzelle
DE102018105450A1 (de) * 2018-03-09 2019-09-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle und photovoltaische Solarzelle

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006044936A1 (de) 2006-09-22 2008-03-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Metallisierung von Halbleiterbauelementen und Verwendung
WO2014023809A2 (de) * 2012-08-10 2014-02-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Laserbasiertes verfahren und bearbeitungstisch zur metallisierung der rückseite eines halbleiterbauelements
US20140174519A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 Seung Bum Rim Metal-foil-assisted fabrication of thin-silicon solar cell
US20150280021A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 Gabriel Harley Foil-based metallization of solar cells
US20160172516A1 (en) * 2014-12-16 2016-06-16 David Fredric Joel Kavulak Thick damage buffer for foil-based metallization of solar cells

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080216887A1 (en) * 2006-12-22 2008-09-11 Advent Solar, Inc. Interconnect Technologies for Back Contact Solar Cells and Modules
KR20120022863A (ko) * 2009-04-16 2012-03-12 유우겐가이샤 에코 엔드 엔지니어링 태양전지 소자의 접속 방법 및 교정 방법 및 이들 장치
DE102011052318B4 (de) * 2011-08-01 2014-12-24 Hanwha Q.CELLS GmbH Solarmodul mit Kontaktfolie und Solarmodul-Herstellungsverfahren
US20150349155A1 (en) * 2014-05-30 2015-12-03 Taeseok Kim Foil-based metallization of solar cells

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006044936A1 (de) 2006-09-22 2008-03-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Metallisierung von Halbleiterbauelementen und Verwendung
WO2014023809A2 (de) * 2012-08-10 2014-02-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Laserbasiertes verfahren und bearbeitungstisch zur metallisierung der rückseite eines halbleiterbauelements
US20140174519A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 Seung Bum Rim Metal-foil-assisted fabrication of thin-silicon solar cell
US20150280021A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 Gabriel Harley Foil-based metallization of solar cells
US20160172516A1 (en) * 2014-12-16 2016-06-16 David Fredric Joel Kavulak Thick damage buffer for foil-based metallization of solar cells

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