WO2018060181A1 - Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung eines halbleiterbauelementes mit zumindest einer halbleiterschicht - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung eines halbleiterbauelementes mit zumindest einer halbleiterschicht Download PDF

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WO2018060181A1
WO2018060181A1 PCT/EP2017/074332 EP2017074332W WO2018060181A1 WO 2018060181 A1 WO2018060181 A1 WO 2018060181A1 EP 2017074332 W EP2017074332 W EP 2017074332W WO 2018060181 A1 WO2018060181 A1 WO 2018060181A1
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WO
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absorption structure
absorption
laser radiation
processing step
semiconductor
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/074332
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Rodofili
Jan Frederik Nekarda
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
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Publication date
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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 processing a semiconductor component having at least one semiconductor layer according to claim 1 and to an apparatus for processing a semiconductor component having at least one semiconductor layer.
  • the present invention is therefore based on the object to expand the scope of the previously known method for processing a semiconductor element by applying by laser radiation.
  • the inventive method is preferably 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 carrying out the method according to the invention, in particular a preferred embodiment thereof.
  • the method according to the invention serves to process a semiconductor component having at least one semiconductor layer.
  • the semiconductor layer may be formed as a carrier substrate, in particular as a semiconductor wafer, in particular as a silicon wafer.
  • the semiconductor layer may be formed as a layer or as a layer system on a carrier, in particular a silicon layer such as, for example, an amorphous silicon layer.
  • the semiconductor component is exposed to laser radiation.
  • the absorption structure is at least partially exposed to laser radiation, wherein absorption material for the absorption structure and laser radiation in a wavelength range is used, so that for the material of the semiconductor layer, the absorption of the laser radiation by at least a factor of 1 0th , is preferably smaller by a factor of 1 00 than in the material of the absorption structure and that the processing of each subregion of the absorption structure in the processing step at least 1 ms after application of this Subarea in the structure generating step takes place.
  • the absorption structure only partially covers the surface of the semiconductor device.
  • the invention is based on the finding that an at least two-stage process, in which the absorption structure is applied to the surface of the semiconductor component in a structure generation step and at least the absorption structure is exposed to laser radiation in a separate processing step, offers a number of advantages, provided the others mentioned above Conditions are given:
  • the generation of the absorption structure in a separate process step allows a tuned to the particular application and optimized method for applying the absorption structure, which rCurfe can be selected cost-effective in particular with regard to the respective requirements, such as the desired line width, homogeneity and / or kontu. Due to the at least two-stage configuration of the method, there is no restriction in the selection of the method for applying the absorption structure in the pattern-forming step due to the subsequent processing in the processing step. Likewise, the processing step can be optimized independently of the texture generation step.
  • the selection of the wavelength range of the laser radiation in the processing step cooperating with the absorption material such that the absorption of the laser radiation for the material of the semiconductor layer by at least a factor 1 0, preferably a factor of 100, more preferably a factor of 1000 is lower than in the material of Absorption structure provides the advantage that in the processing step substantially an energy input into the absorption structure takes place.
  • the absorption structure applied in the preceding structure-producing step precisely predetermines the region of the energy absorption and thus also the region of the energy input into the surface of the semiconductor component. Due to the low absorption of the laser radiation in the semiconductor layer is Damage to the semiconductor layer by the laser radiation excluded or at least substantially reduces such risk.
  • the training as a two-stage process allows in the processing step, a restriction of the vertical zone of influence of the laser radiation, so that a near-surface processing is possible.
  • a near-surface processing is possible.
  • tuned pulse length when using pulsed laser radiation in the processing step allows a precise definition of the vertical area of action.
  • the inventive method allows the Ausbi ldung local metallic structures that allow in particular a local galvanic reinforcement.
  • the inventive method has the advantage that generating the absorption structure and processing step are decoupled.
  • the absorption structure is completely formed before the application of laser radiation takes place in the processing step.
  • the complete absorption structure is first applied in the structure-producing step and then the processing step follows.
  • the processing step follows.
  • only a part of the absorption structure is applied and this part is processed before or during the application of the further parts of the absorption structure.
  • another part can be applied at the same time.
  • the processing of this subregion takes place at the earliest 1 ms after the generation of this subarea.
  • the absorption structure is at least partially exposed to laser radiation. It is particularly advantageous to apply laser radiation to the entire absorption structure. This can be done sequentially by applying individual radiation to individual subareas of the absorption structure with a time offset. Likewise, this can be done simultaneously by simultaneously applying laser radiation to the entire absorption structure.
  • the absorption structure is only partially processed in the processing step, so that at least one subregion of the absorption structure is not exposed to laser radiation and therefore remains unprocessed with respect to this process step. This is advantageous, in particular, since possible damage to the semiconductor layer is reduced by the machining process.
  • the absorption structure is preferably formed with an area coverage of at least 10 mm 2 , in particular at least 1 00 mm 2, of the surface of the semiconductor component in the structure generation step.
  • the division into two separate process steps namely the structure production step on the one hand and the processing step on the other hand, is preferably additionally defined by first forming an absorption structure with a coverage area of at least 10 mm 2 , in particular at least 1 00 mm 2 , before the Editing this structure is done.
  • the selective action of the laser radiation is amplified in the processing step by using absorption material for the absorption structure and laser radiation in a wavelength range, so that for the material of the semiconductor layer, the absorption of the laser radiation at least by a factor of 1 000, in particular by one Fa ktor 1 00,000 is less than in the material of the absorption structure.
  • the method according to the invention is particularly suitable for forming metallization structures for adding or removing charge carriers or at least for forming a seed structure for such a structure, which is further enhanced in subsequent steps, for example by galvanic processing. Strengthening.
  • H it is within the scope of the invention, when forming a metallic contact first feinbendede metallization structures (so-called "fingers") of the metallization fully traversbi and leasing a large-scale metallization (a so-called "busbar”), which connects the fingers electrically conductive form.
  • the inventive method is particularly suitable for applying filigree structures that provide a uniform surface coverage of the surface of the semiconductor device suitable.
  • filigree structures that provide a uniform surface coverage of the surface of the semiconductor device suitable.
  • These may be, for example, the aforementioned contacting structures.
  • these may be structures which are applied for selective doping of the semiconductor layer, in particular on a plurality of line-like regions, for example, to form selective high doping of a semiconductor device, in particular selective emitter or selectively highly doped regions for contacting the Halbleite rbauides.
  • the absorption structure is formed at least 0.1%, in particular at least 0.5%, of the surface of the semiconductor component in the structure-producing step, in particular that the absorption structure is in the range 0.1 to 90%, in particular 0.5 % to 80% of the surface of the semiconductor device is formed covering in the pattern-forming step.
  • the absorption structure is applied by means of a non-laser-based method, in particular by means of a method from the group of screen printing, tampon printing, inkjet printing, masking methods. In this way, particularly cost-efficient methods are implemented.
  • absorption material is transferred from a material carrier to the surface of the semiconductor component by means of laser radiation to form the absorption structure in the structure generation step, and the processing step takes place after removal of the material carrier. It is in this advantageous embodiment thus to a laser texture generation step.
  • the use of a laser makes it possible to produce absorption structures with a narrow linewidth, but nevertheless offers a cost advantage over previously known methods which enable small line widths, for example masking methods using photolithographic masks.
  • the laser pattern-generating step has a LI FT process, as described, for example, in US Pat. No. 4,970,196.
  • the material carrier is coated on one side with absorbent material, and in the laser texture generation step, the absorbent material coated side of the material carrier faces the surface of the semiconductor device to ensure efficient material utilization.
  • the material carrier is transparent to the laser radiation used in the laser pattern generation step to avoid absorption of the radiation energy in the carrier.
  • the material carrier coated with absorption material is arranged directly on the surface of the semiconductor component. In this way, smaller structures with absorption material can be produced on the surface of the semiconductor component.
  • the advantageous embodiment described above offers the possibility, as described above, that the processing in the processing step can be optimized by applying the absorption with laser radiation independently of the material transfer occurring in the laser structure generation step.
  • the laser texture generation step and the processing step differ in at least one of the parameters
  • the laser radiation in the pattern formation step is a pulsed laser beam.
  • the advantageous parameters of the laser radiation depend on the desired processing, regardless of how the absorption structure was applied in the pattern-forming step:
  • the laser radiation is absorbed substantially or at least substantially more strongly in the absorption structure, compared with the semiconductor layer of the semiconductor component.
  • laser radiation having a wavelength is used in which all the semiconductor layers of the semiconductor component have an at least a factor of 1 0, in particular by at least a factor of 100, preferably by at least a factor of 500, in particular by at least a factor of 1000 lower absorption coefficient , compared with the material of the absorption layer.
  • laser radiation in the processing step with a wavelength in the range from 0.7 ⁇ m to 1 ⁇ m, in particular from 0.9 ⁇ m to 11 ⁇ m.
  • the surface acted upon by the laser extends beyond the surface of the absorption structure, so that laser radiation is also applied at least in regions to the surface of the semiconductor component which is not covered by the absorption structure.
  • the surface acted upon by the laser it is advantageous for the surface acted upon by the laser to extend beyond the surface of the absorption structure on at least two opposite sides, in particular advantageously to extend peripherally beyond the absorption structure on all sides.
  • the absorption structure is completely exposed to laser radiation in the processing step.
  • laser radiation having a wavelength in which at least the semiconductor layer of the semiconductor component is transparent is used in the processing step, the particularly advantageous and cost-saving effect is achieved that only low requirements for a local J ust mich between laser radiation and the location of the absorption structure are required and at the same time there is no or only a slight impairment of the semiconductor device by application of laser beams to areas not covered by the absorption structure.
  • the beam profile of the laser is gauss-shaped in the texture generation step. This results in the advantage that smaller structures can be produced.
  • a large-area exposure of the surface of the semiconductor component to laser radiation occurs in the processing step, in particular an exposure of at least 1%, preferably at least 10%, particularly preferably at least 50%, of the surface of the semiconductor component simultaneously with laser radiation. In this way, a cost reduction can be achieved, characterized in that shorter process times are made possible and / or no or only little expensive optical deflection units for selectively positioning the laser beam are necessary.
  • the absorption structure is preferably generated by means of laser radiation by transmitting an absorption material from a material carrier to the surface of the semiconductor component, as described above for the laser structure generation step, and therefore only partially exposing the material carrier coated with absorption material to laser radiation.
  • a laser with an optical, controllable deflection system known per se in order to be able to specify any geometric shapes for the transfer of absorption material to form the absorption structure on the surface of the semiconductor component via a control unit of the deflection system.
  • the material carrier is preferably coated on the surface facing the surface of the semiconductor component with absorption material over the entire surface. This has the advantage that any desired form of the absorption structure can be formed by means of the laser radiation in the structure-producing step.
  • Laser radiation with a wavelength in the range 300 nm to 3000 nm, in particular 350 nm to 1100 nm, is therefore advantageously used in the laser structure generation step.
  • the method according to the invention is suitable for forming a metallic, electrical contacting of the semiconductor layer of the semiconductor component.
  • a metallic, electrical contacting of the semiconductor layer is formed by means of the method.
  • the absorption material comprises metal, in particular that metal is used as absorption material.
  • an amplification of the metallic contacting is carried out in order to improve the current-conducting properties during the metallic contacting.
  • a preferably local doping of the semiconductor layer is carried out in the machining step by driving in a dopant, from which the absorption structure consists or which contains the absorption structure, into the semiconductor layer by means of laser radiation.
  • the absorption structure is removed, in particular by means of chemical cleaning, for example etching. More preferably, then followed by a galvanic metallization of the doped regions.
  • the inventive method is particularly advantageous for the formation of a metallic contact, since homogeneous contacting structures can be formed with sharp contours and small line widths. Due to the homogeneous formation of the contact resistance can be formed particularly homogeneous over the contact surface. Furthermore, the laser damage in the semiconductor is kept low.
  • the semiconductor layer is covered directly or indirectly with an intermediate layer, in particular an electrically insulating intermediate layer, and in the structure-processing step, the absorption structure is applied to the intermediate layer.
  • material of the absorption structure is advantageously introduced through the intermediate layer directly on the surface of the semiconductor layer and / or into the semiconductor layer.
  • the semiconductor layer may be formed as an amorphous silicon layer. H here, it is advantageous that the semiconductor layer is disposed on a silicon substrate. Although amorphous silicon layers have advantages in terms of electrical quality, they can be damaged by high temperatures in the production process of the semiconductor component.
  • the method according to the invention has the advantage that only little or at least only local heating takes place and thus no or at least only a localized limited damage of an amorphous silicon layer occurs.
  • the inventive method is particularly suitable for processing steps amorphous Siliziu m scaffolden for silicon heterojunction solar cells due to the aforementioned advantages.
  • the inventive method is advantageously used in the production of heterojunction solar cells.
  • an electrically conductive layer preferably a transparent electrically conductive layer, in particular a TCO (transparent conductive oxide)
  • a transparent electrically conductive layer in particular a TCO (transparent conductive oxide)
  • an electrically insulating layer preferably an optically transparent electrically insulating layer, in particular an oxide or nitride layer is preferably applied to the side of the electrically conductive layer facing away from the semiconductor layer, preferably an aluminum oxide layer, preferably covering the electrically conductive layer over the whole area
  • the absorption structure is applied to the electrically insulating layer, wherein the absorption structure is preferably formed as a contacting structure, in particular as a metallic structure.
  • an electrical contact between the absorption structure and the electrically conductive structure is formed by means of laser radiation.
  • galvanic reinforcement of the absorption structure can subsequently take place. This is made possible by that, although the electrically conductive layer over a large area, preferably formed over the entire surface, but due to the additionally applied electrically insulating layer, the galvanic reinforcement takes place only in the region of (electrically conductive) absorption structure.
  • the intermediate layer is preferably formed with a thickness of less than 200 nm, in particular less than 1 50 nm, preferably less than 1 00 nm.
  • the intermediate layer has a thickness greater than 5 nm, preferably greater than 10 nm.
  • the absorption structure contains silicide-forming metals.
  • This has the advantage that the adhesion and the contact resistance between metal and silicon is improved.
  • the absorption structure of one or more metals from the group consisting of nickel, titanium, tungsten, cobalt is formed and in the processing step, a metal silicide is formed.
  • nickel has proven to be particularly advantageous.
  • silicide-forming metals is advantageous in particular when using the process for producing homojunction solar cells.
  • the semiconductor layer is preferably p-doped or n-doped by means of the absorption material, in particular locally doped.
  • the absorption material in particular locally doped.
  • the present invention makes possible a precise, near-surface processing of the region of the semiconductor layer lying directly below the absorption structure.
  • a thin absorption structure is advantageous.
  • the absorption structure therefore preferably has a thickness of less than 500 nm, in particular less than 200 nm, preferably less than 1 50 nm.
  • the object underlying the invention is further achieved by a device according to claim 1 5.
  • the device according to the invention for processing a semiconductor component having at least one semiconductor layer has a structure generation unit for applying an absorption structure to the surface of the semiconductor component, the absorption structure only partially covering the surface. Furthermore, the device has a processing unit which has at least one laser source for striking the absorption structure with laser radiation.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a method according to the invention for the metallization of silicon homojunction solar cells
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a method according to the invention for the metallization of silicon heterojunction solar cells.
  • a first embodiment of a method according to the invention is the front-side metallization of a crystalline homojunction silicon solar cell, which constitute the semiconductor component.
  • the solar cell has a semiconductor layer formed here as silicon wafer 1.
  • the front side of this solar cell is provided over the entire surface with one or more dielectric layers before the metallization, which are transparent for a wide wavelength spectrum from the UV to the IR region and thus represent an electrically insulating intermediate layer 2. This process status is shown in FIG. 1 a).
  • the dielectric layers are locally removed in processes known from the prior art, so that the electrodeposition takes place only in these areas:
  • Previous non-laser-based methods for removing the dielectric layers are the local application of a chemically active material by, for example, jet, aerosol or fine line screen printing. Heating in an oven triggers a chemical reaction that removes the dielectric layers.
  • the disadvantage of these methods is that the entire solar cell is heated, which is often undesirable.
  • the smallest achievable line widths are limited.
  • Another non-laser based process is photolithographic patterning. The disadvantage of photolithography is the relatively high cost, which makes their application in the industrial production of solar cells impossible.
  • the removal of the dielectric layers can also be done by means of local irradiation with a laser.
  • the advantage of this approach is that the solar cell is heated only locally.
  • the dielectric layers are transparent to the laser wavelength used.
  • the laser radiation is therefore not absorbed in the dielectric layers, but in the underlying layers, so that the actual ablation of the dielectric layers occurs indirectly by the ablation of the underlying layers.
  • the damage to the underlying layers is usually undesirable and can lead to impairment of the solar cell efficiency.
  • Another disadvantage that results in this form of laser processing is that the minimum achievable structure size of the machined areas is limited by the laser beam diameter.
  • a fast production is often achieved by accepting larger beam diameters, for example by using scanners with a larger processing field, which have a larger focal length and thus cause larger laser beam diameters.
  • a Gaussian laser beam profile is also used to achieve the smallest possible laser beam diameter.
  • the non-uniform beam profile leads to a blurred contour of the ablated areas. The result is an insufficient energy processed edge area with non-optimal contact properties.
  • the metallization sequence consists of transferring a frontside grating made of nickel to the passivation layer by means of "Laser I nduced Forward Transmitter” (LI FT)
  • LI FT Laser radiation used in the LI FT process transparent material carrier 3 (in the present case a polyester film with a thickness of 1 00 pm), which is coated on the side facing the solar cell with a Nickel Mrs 4, arranged above the solar cell by means of a laser beam L is selectively N
  • Fig. 1 (c) to form the desired absorption structure 5, in this case a metallization grid, in a pattern-forming step.
  • the nickel layer is fired by laser processing through the passivation layer in a processing step. This creates a contact with the emitter and a seed layer, which is then galvanically reinforced.
  • the nickel layer acts as an absorber layer during laser firing, which absorbs the laser radiation and warmed by it. Heat diffusion also heats the passivation layer so that it dissolves.
  • FIG. 1 d the laser beams L for processing and the absorption structure 5, which has already penetrated the intermediate layer 2, are shown by way of example.
  • nickel silicide layer can be formed in this process sequence, which improves the adhesion and the contact resistance between nickel and silicon.
  • the laser beam diameter may be larger than the LI FT-transferred finger fingers.
  • Laser radiation in this wavelength range is absorbed neither in the antireflection layer nor in the silicon, so that radiation which undesirably penetrates into the solar cell does not cause any damage.
  • This wavelength range is advantageous even if the LI FT-transferred Nickel Anlagen is not closed. Radiation could enter the wafer through non-nickel coated areas, which will not damage the solar cell when using this wavelength range.
  • the LI FT carrier substrate is removed and, in a further step, the transferred layer is laser-fired through the dielectric layer.
  • the two sub-steps can be optimized independently of each other.
  • the smallest achievable feature size in the pattern generation step by means of LI FT depends on the diameter of the laser beam
  • using a Gaussian laser beam profile results in an optimized process only in the central region of the profile, as shown by experimental results, which actually achieves a line width which is smaller than the laser beam diameter.
  • a sharp transition from coated with absorber material to the uncoated areas and the coating itself is very homogeneous.
  • the Gaussian shape of the beam profile is thus not transferred to the LI FT print image and fine, homogeneous and sharply contoured structures can be generated. If the laser beam in the processing step, the laser firing, is significantly larger than the area covered with the absorber material, even with a Gaussian laser beam profile, the absorber material is processed with a nearly constant fluence. Therefore, the contour sharpness of the processed area is defined by the contour sharpness of the coating.
  • the following values are preferred for processing of c-Si Hommoju tion precursors whose front is unmetallized and coated with an approximately 70 nm thick silicon nitride antireflection coating and the backside is fully metallized used.
  • the absorber material for the LI FT process is nickel as previously described.
  • metallization of a silicon heterojunction solar cell takes place.
  • the solar cell has a silicon wafer 1, which is coated on the front side with an amorphous silicon layer (a-Si layer) 6.
  • An electrically conductive, transparent TCO layer transparent conductive oxide
  • ITO layer indium tin oxide
  • a few nanometers thick, transparent, electrically non-conductive insulating layer 8 is applied, in this case, a 1 5 nm thick aluminum oxide layer.
  • nickel 4 is transferred from a material carrier 3 to the surface, in this case onto the insulating layer 8 by means of laser radiation L for forming the absorption structure 5 (a metallization grid). This is shown in FIG. 2a).
  • the nickel layer is fired by laser processing through the insulating layer 8, so that contact with the TCO layer and a seed layer for the subsequent galvanic reinforcement are formed.
  • the wavelength of the laser should be selected in the infrared range so that the laser radiation is absorbed as little as possible in both the TCO layer and the insulating layer 8 and in the a-Si layer and in the crystalline silicon wafer. In this way, as described in the previous example, the laser energy is transferred primarily to the uppermost layer, ie the insulating layer 8, and the sensitive a-Si layer is not damaged. In order to avoid ghostplating, it is important that the insulating layer 8 is as platelet-resistant as possible. Experiments show that ALD-AI2O3 is particularly suitable for this purpose.
  • the following values apply to processing of silicon heterojunction precursors, the front side of which is coated with a TCO layer and is unmetallised and whose rear side is completely metallized.
  • the absorber material for the LI FT process is nickel.
  • the front side is first coated with AI2O3 as insulating layer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit zumindest einer Halbleiterschicht, wobei in einem Bearbeitungsschritt das Halbleiterbauelement mit Laserstrahlung beaufschlagt wird. Wesentlich ist, dass vor dem Bearbeitungsschritt in einem Strukturerzeugungsschritt eine Absorptionsstruktur auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes aufgebracht wird, welche die Oberfläche nur teilweise bedeckt, dass nach Aufbringen der Absorptionsstruktur in dem Bearbeitungsschritt zumindest die Absorptionsstruktur mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, wobei Absorptionsmaterial für die Absorptionsstruktur und Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich verwendet wird, so dass für das Material der Halbleiterschicht die Absorption der Laserstrahlung um zumindest einen Faktor 10 geringer ist als im Material der Absorptionsstruktur und dass die Bearbeitung jedes Teilbereiches der Absorptionsstruktur in dem Bearbeitungsschritt zumindest 1 ms nach Aufbringen dieses Teilbereiches in dem Strukturerzeugungsschritt erfolgt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit zumindest einer Halbleiterschicht
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit zumindest einer Halbleiterschicht gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit mindestens einer Halbleiterschicht.
Bei der Herstellung und Bearbeitung von Halbleiterbauelementen ist es bekannt, in einem Bearbeitungsschritt das Halbleiterbauelement mit Laserstrahlung zu beaufschlagen . Solche Bearbeitungsschritte finden insbesondere bei der Herstellung von großflächigen Halbleiterbauelementen , wie beispielsweise photo- voltaischen Solarzellen oder OLEDs Anwendung.
Es ist bekannt, in einem Laserablationsverfahren , gezielt einen Teilbereich einer Schicht an der Oberfläche des Halbleiterbauelementes durch Beaufschlagen mit Laserstrahlung zu entfernen . Bei photovoltaischen Solarzellen ist es bekannt, eine ganzflächig auf eine elektrisch isolierende Zwischenschicht aufgebrachte Metallschicht lokal mit Laserstrahlung zu beaufschlagen , um lokale Kontaktierungen zu einer Halbleiterschicht zu erzeugen , wie in DE 1 00 46 1 70 A1 beschrieben . Aus DE 1 0 2009 020 774 B4 ist ein Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleitersubstrates bekannt, bei welchem mittels eines LI FT-Prozesses (Laser I nduced Forward Transfer-Prozess) Material von einem ganzflächig beschichteten Träger mittels Laserstrahlung lokal auf die Oberfläche eines Halbleiterbauelementes aufgebracht und durch eine Zwischenschicht des Halbleiterbauelementes hindurch getrieben wird .
Bei der Bearbeitung von Halbleiterbauelementen mittels Laserstrahlung ist es stets wünschenswert, eine Schädigung zumindest der Halbleiterschicht des Halbleiterbauelementes zu vermeiden . Weiterhin besteht ein Bedarf an Verfah- ren , welche in kostengünstiger Weise die Erzeugung von Strukturen mit geringer Linienbreite ermöglichen .
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Anwendungsbereich der vorbekannten Verfahren zu r Bearbeitung eines Halbleiterelementes mittels Beaufschlagen durch Laserstrahlung zu erweitern .
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 5. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 14.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Durchführung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bevorzugt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit zumindest einer Halbleiterschicht. Die Halbleiterschicht kann hierbei als Trägersubstrat, insbesondere als Halbleiterwafer, insbesondere als Siliziumwafer ausgebildet sein . Ebenso kann die Halbleiterschicht als Schicht oder als Schichtsystem auf einem Träger ausgebildet sein , insbesondere a ls Siliziumschicht wie beispielsweise eine amorphe Siliziumschicht.
I n einem Bearbeitungsschritt wird das Halbleiterbauelement mit Laserstrahlung beaufschlagt.
Wesentlich ist, dass nach Aufbringen der Absorptionsstruktur in dem Bearbeitungsschritt die Absorptionsstruktur zumindest teilweise mit Laserstrahlung beaufschlagt wird , wobei Absorptionsmaterial für die Absorptionsstruktur und Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich verwendet wird , so dass für das Material der Halbleiterschicht die Absorption der Laserstrahlung um zumindest einen Faktor 1 0, bevorzugt um einen Faktor 1 00 geringer ist als im Material der Absorptionsstruktur und dass die Bearbeitung jedes Teilbereiches der Absorptionsstruktur in dem Bearbeitungsschritt zumindest 1 ms nach Aufbringen dieses Teilbereiches in dem Strukturerzeugungsschritt erfolgt.
Die Absorptionsstruktur bedeckt die Oberfläche des Halbleiterbauelementes nur teilweise.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein zumindest zweistufiges Verfahren , bei welchem in einem Strukturerzeugungsschritt die Absorptionsstruktur auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes aufgebracht wird und in einem separaten Bearbeitungsschritt zumindest die Absorptionsstruktur mit Laserstrahlung beaufschlagt wird eine Reihe von Vorteilen bietet, sofern die weiteren oben genannten Bedingungen gegeben sind :
- Das Erzeugen der Absorptionsstruktur in einem separaten Verfahrensschritt ermöglicht ein auf die jeweilige Anwendung abgestimmtes und optimiertes Verfahren zum Aufbringen der Absorptionsstruktur, welches insbesondere hinsichtlich der jeweils vorliegenden Anforderungen , wie beispielsweise der gewünschten Linienbreite, Homogenität und/oder Kontu rschärfe kosteneffizient gewählt werden kann . Aufgrund der zumindest zweistufigen Ausgestaltung des Verfahrens besteht bei der Auswahl des Verfahrens zum Aufbringen der Absorptionsstruktur in dem Strukturerzeugungsschritt keine Einschränkung aufgrund der nachfolgenden Bearbeitung in dem Bearbeitungsschritt. Ebenso kann der Bearbeitungsschritt unabhängig von dem Strukturerzeugungsschritt optimiert werden .
- Die Auswahl des Wellenlängenbereichs der Laserstrahlung im Bearbeitungsschritt zusammenwirkend mit dem Absorptionsmaterial derart, dass für das Material der Halbleiterschicht die Absorption der Laserstrahlung um zumindest einem Faktor 1 0, bevorzugt einem Faktor 1 00, insbesondere bevorzugt einen Faktor 1 000 geringer ist als im Material der Absorptionsstruktur ergibt den Vorteil, dass in dem Bearbeitungsschritt im Wesentlichen ein Energieeintrag in die Absorptionsstruktur erfolgt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit durch die in dem vorgelagerten Strukturerzeugungsschritt aufgebrachte Absorptionsstruktur präzise der Bereich der Energieabsorption und somit auch der Bereich des Energieeintrags in die Oberfläche des Halbleiterbauelementes vorgebbar. Durch die nur geringe Absorption der Laserstrahlung in der Halbleiterschicht ist eine Beschädigung der Halbleiterschicht durch die Laserstrahlung ausgeschlossen oder zumindest ein solches Risiko erheblich verringert. Darüber hinaus wird auch hierdurch sichergestellt, dass etwaige in die Halbleiterschicht eindringende Laserstrahlung aufgrund der geringen Absorption zu keinem oder nur einem geringen Energieeintrag führt, so dass auch hierdurch die präzise Definition des Energieeintrags ü ber die im Strukturerzeugungsschritt aufgebrachte Absorptionsstruktur gegeben ist.
- Die Ausbildung als zweistufiger Prozess ermöglicht in dem Bearbeitungsschritt eine Beschränkung der vertikalen Einflusszone der Laserstrahlung, so dass eine oberflächennahe Bearbeitung möglich ist. I nsbesondere ist bei einem Schichtsystem somit die Bearbeitung lediglich der oben liegenden Schicht möglich . Insbesondere eine auf die Gesamtabsorption der Absorptionsstruktur (welche maßgeblich durch die Dicke der Absorptionsstruktur bestimmt wird) abgestimmte Pulslänge bei Verwendung gepulster Laserstrahlung in dem Bearbeitungschritt ermöglicht eine genaue Defin ition des vertikalen Einwirkungsbereiches.
- Gegenüber vorbekannten Verfahren , welche eine ganzflächige Metallisierung vorsehen , ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Ausbi ldung lokaler metallischer Strukturen , die insbesondere eine lokale galvanische Verstärkung ermöglichen .
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass Erzeugen der Absorptionsstruktur und Bearbeitungsschritt entkoppelt sind . Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Absorptionsstruktur vollständig ausgebildet wird , bevor die Beaufschlagung mit Laserstrahlung in dem Bearbeitungsschritt erfolgt.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass zunächst in dem Strukturerzeugungsschritt die vollständige Absorptionsstruktur aufgebracht wird und anschließend der Bearbeitungsschritt folgt. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass lediglich ein Teil der Absorptionsstruktur aufgebracht wird und dieser Teil vor oder während des Aufbringens der weiteren Teile der Absorptionsstruktur bearbeitet wird . I nsbesondere kann während des Bearbeitens eines Teiles gleichzeitig ein anderer Teil aufgebracht werden . Für jeden Teilbereich der Absorptionsstruktur gilt jedoch , dass die Bearbeitung dieses Teilbereichs frühestens 1 ms nach der Erzeugung dieses Teilbereiches erfolgt. I n dem Bearbeitungsschritt wird die Absorptionsstruktur zumindest teilweise m it Laserstrahlung beaufschlagt. Besonders vorteilhaft ist es, die gesamte Absorptionsstruktur mit Laserstrahlung zu beaufschlagen . Dies kann sequentiell erfolgen , indem einzelne Teilbereiche der Absorptionsstruktur zeitlich versetzt mit Laserstrahlung beaufschlagt werden . Ebenso kann dies gleichzeitig erfolgen , indem gleichzeitig die gesamte Absorptionsstruktur mit Laserstrahlung beaufschlagt wird .
I n einer vorteilhaften Ausgestaltung wird in dem Bearbeitungsschritt die Absorptionsstruktur lediglich teilweise bearbeitet, so dass zumindest ein Teilbereich der Absorptionsstruktur nicht mit Laserstrahlung beaufschlagt wird und hinsichtlich dieses Verfahrensschrittes somit unbearbeitet bleibt. Dies ist insbesondere bei vorteilhaft, da eine eventuelle Schädigung der Halbleiterschicht durch den Bearbeitungsvorgang verringert wird .
Die Absorptionsstruktur wird bevorzugt mit einer Flächenbedeckung von zumindest 1 0 mm2, insbesondere zumindest 1 00 mm2 der Oberfläche des Halbleiterbauelementes in dem Strukturerzeugungsschritt ausgebildet. I nsbesondere wird bevorzugt d ie Aufteilung in zwei separate Verfahrensschritte, nämlich den Stru kturerzeugungsschritt einerseits und den Bearbeitungsschritt andererseits zusätzlich dadurch definiert, dass zunächst eine Absorptionsstruktur mit einer Bedeckungsfläche von zumindest 1 0 mm2, insbesondere zumindest 1 00 mm2 ausgebildet wird , bevor die Bearbeitung dieser Struktur erfolgt.
I n einer vorteilhaften Ausführungsform wird die selektive Einwirkung der Laserstrahlung in dem Bearbeitungsschritt verstärkt, indem Absorptionsmaterial für die Absorptionsstruktur und Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich verwendet wird , so dass für das Material der Halbleiterschicht die Absorption der Laserstrahlung zumindest um einen Faktor 1 0.000, insbesondere um einen Fa ktor 1 00.000 geringer ist als im Material der Absorptionsstruktur.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet, um Metallisierungsstrukturen zum Zu- oder Abführen von Ladungsträgern auszubilden oder zumindest eine Saatstruktur für solch eine Struktur auszubilden , welche in nachfolgenden Schritten noch verstärkt wird , beispielsweise durch galvanische Ve r- Stärkung. I nsbesondere hierbei ist es vorteilhaft, zunächst die vollständige Absorptionsstruktur auszubilden und anschließend in Bearbeitungsschritten mittels Laserstrahlung zu beaufschlagen . H ierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, bei Ausbilden einer metallischen Kontaktierung zunächst feingliedrige Metallisierungsstrukturen (sogenannte„Finger") der Metallisierung vollständig auszubi lden und ansch lließend eine großflächigere Metallisierung (einen sogenannten „Busbar"), welche die Finger elektrisch leitende verbindet auszubilden .
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zum Aufbringen von filigranen Strukturen , welche eine gleichmäßige Flächenabdeckung der Oberfläche des Halbleiterbauelementes bieten , geeignet. Dies können beispielsweise die zuvor genannten Kontaktierungsstrukturen sein . Ebenso können dies Strukturen sein , welche zum selektiven Dotieren der Halbleiterschicht insbesondere an einer Mehrzahl linienartiger Bereiche aufgebracht werden , beispielsweise um selektive Hochdotierungen eines Halbleiterbauelementes, insbesondere selektive Emitter oder selektiv hochdotierte Bereiche zur Kontaktierung des Halbleite rbauelementes auszubilden .
Es ist daher vorteilhaft, dass die Absorptionsstruktur zumindest 0, 1 %, insbesondere zumindest 0,5 % der Oberfläche des Halbleiterbauelementes bedeckend in dem Strukturerzeugungsschritt ausgebildet wird , insbesondere, dass die Absorptionsstruktur im Bereich 0, 1 % bis 90 %, insbesondere 0,5 % bis 80 % der Oberfläche des Halbleiterbauelementes bedeckend in dem Strukturerzeugungsschritt ausgebildet wird .
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Aufbringen der Absorptionsstruktur mittels eines n ichtlaser-basierten Verfahrens, insbesondere mittels eines Verfahrens aus der Gruppe Siebdruck, Tampon-Druck, I nkjet-Druck, Maskierungsverfahren erfolgt. H ierdurch werden besonders kosteneffiziente Verfahren real isiert.
I n einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird in dem Strukturerzeugungsschritt Absorptionsmaterial von einem Materialträger auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes mittels Laserstrahlung zur Ausbildung der Absorption sstruktur übertragen und der Bearbeitungsschritt erfolgt nach Entfernen des Materialträgers. Es handelt sich bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung somit um einen Laser-Strukturerzeugungsschritt. Die Verwendung eines Lasers ermöglicht die Erzeugung von Absorptionsstrukturen mit geringer Linienbreite, bietet dennoch einen Kostenvorteil gegenüber vorbekannter Verfahren , welche geringe Linienbreiten ermöglichen , beispielsweise Maskierungsverfahren mittels photo- lithografischer Masken .
I nsbesondere ist es hierbei vorteilhaft, dass der Laser-Strukturerzeugungsschritt einen LI FT-Prozess aufweist, wie beispielsweise in US 4,970, 1 96 beschrieben .
Vorzugsweise ist der Materialträger einseitig mit Absorptionsmaterial beschichtet und in dem Laser-Strukturerzeugungsschritt ist die mit Absorptionsmaterial beschichtete Seite des Materialträgers der Oberfläche des Halbleiterbauelementes zugewandt, um eine effiziente Materialausnutzung zu gewährleisten .
Vorzugsweise ist der Materialträger für die in dem Laser- Strukturerzeugungsschritt verwendete Laserstrahlung transparent, um eine die Strahlungsenergie mindernde Absorption im Träger zu vermeiden .
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass in dem Laser-Strukturerzeugungsschritt ein Abstand zwischen dem an dem Materialträger angeordneten Absorptionsmaterial und der Oberfläche des Halbleiterbauelementes besteht. Vorteilhaft ist es jedoch , dass in dem Laser-Strukturerzeugungsschritt der mit Absorptionsmaterial beschichtete Materialträger unmittelbar an der Oberfläche des Halbleiterbauelementes angeordnet ist. H ierdurch können kleinere Strukturen mit Absorptionsmaterial auf der Oberfläche des Halbleiterbauelementes erzeugt werden .
Die zuvor beschriebene vorteilhafte Ausgestaltung bietet wie zuvor beschrieben die Möglichkeit, dass die Bearbeitung in dem Bearbeitungsschritt durch Beaufschlagen der Absorption mit Laserstrahlung unabhängig von dem in Laser- Strukturerzeugungsschritt erfolgten Materialübertrag optimiert werden kann .
Vorzugsweise unterscheiden sich Laser-Strukturerzeugungsschritt und Bearbeitungsschritt daher in zumindest einem der Parameter
- Pulsenergie der Laserstrahlung; - Pulsdauer der Laserstrahlung;
- Strahlprofil der Laserstrahlung ;
- Fläche der auf die zu beaufschlagende Oberfläche auftreffenden Laserstrahlung;
- Wellenlänge der Laserstrahlung;
- Fluenz der Laserstrahlung.
I n dem Laser-Strukturerzeugungsschritt soll ein örtlich präziser und schneller Ü bertrag des Absorptionsmaterials von dem Materialträger auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes erzielt werden . Daher ist es vorteilhaft, dass die Laserstrahlung in dem Strukturerzeugungsschritt eine gepulste Laserstrah lung ist.
I n dem Bearbeitungsschritt hingegen hängen die vorteilhaften Parameter der Laserstrahlung von der gewünschten Bearbeitung ab, unabhängig davon , auf welche Weise die Absorptionsstruktur in dem Strukturerzeugungsschritt aufgebracht wurde:
Wie bereits ausgeführt, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in dem Bearbeitungsschritt die Laserstrah lung im Wesentlichen oder zumindest erheblich stärker in der Absorptionsstruktur absorbiert, verglichen mit der Halbleiterschicht des Halbleiterbauelementes.
H ierdurch ergibt sich der Vorteil , dass in dem Bearbeitungsschritt keine oder nur eine geringfügige Beeinträchtigung des Halbleitermaterials durch die Laserstrahlung, welche zur Beaufschlagung der Absorptionsstruktur verwendet wird , erfolgt. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine exakte Ü bereinstimmung der Fläche auf der Oberfläche des Halbleiterbauelementes, welche in dem Bearbeitungsschritt mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, mit der Absorptionsstruktur notwendig ist. Denn auch ein Beaufschlagen eines Bereichs der Oberfläche des Halbleiterbauelementes, welches nicht mit Absorptionsmaterial der Absorption sstruktur bedeckt ist, führt zu keiner oder nur einer geringfügigen Beeinträchtigung des Halbleiterbauelementes. H ierdurch sind insbesondere Kosteneinsparungen möglich . Vorteilhafterweise wird in dem Bearbeitungsschritt Laserstrahlung mit einer Wellenlänge verwendet, in welcher alle Halbleiterschichten des Halbleiterbauelementes einen um zumindest einen Faktor 1 0, insbesondere um zumindest einen Faktor 1 00, bevorzugt um zumindest einen Faktor 500, insbesondere um zumindest einen Faktor 1 000 geringeren Absorptionskoeffizienten aufweisen , verglichen mit dem Material der Absorptionsschicht. I nsbesondere bei Verwendung einer im Wesentlichen aus Silizium bestehenden Halbleiterschicht ist eine Verwendung von Laserstrahlung in dem Bearbeitungsschritt mit einer Wellenlänge im Bereich 0,7 pm bis 1 1 μ ηη, insbesondere 0,9 m bis 1 1 pm vorteilhaft.
Vorteilhafterweise erstreckt sich in dem Bearbeitungsschritt die durch den Laser beaufschlagte Oberfläche über die Fläche der Absorptionsstruktur hinaus, so dass zumindest bereichsweise auch Oberfläche des Halbleiterbauelementes mit Laserstrahlung beaufschlagt wird , die nicht durch die Absorptionsstruktur bedeckt ist. I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass sich die durch den Laser beaufschlagte Oberfläche an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten über die Fläche der Absorptionsstruktur hinaus erstreckt, insbesondere vorteilhafterweise umlaufend an allen Seiten über die Absorptionsstruktur hinaus erstreckt.
H ierdurch ist gewährleistet, dass die Absorptionsstruktur in dem Bearbeitungsschritt vollständig mit Laserstrahlung beaufschlagt wird . I n Verbindung mit der zuvor beschriebenen vorteilhaften Ausführungsform, bei welcher in dem Bearbeitungsschritt Laserstrahlung mit einer Wellenlänge verwendet wird , in welchem zumindest die Halbleiterschicht des Halbleiterbauelementes transparent ist, wird der besonders vorteilhafte und kosteneinsparende Effekt erzielt, dass nur geringe Anforderungen an eine örtliche J ustierung zwischen Laserstrahlung und dem Ort der Absorptionsstruktur erforderlich sind und gleichzeitig keine o- der nur eine geringfügige Beeinträchtigung des Halbleiterbauelementes durch Beaufschlagung mittels Laserstrahlen an von der Absorptionsstruktur nicht bedeckten Bereichen erfolgt.
I n einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Strahlprofil des Lasers in dem Stru kturerzeugungsschritt gaußformig. H ierdurch ergibt sich der Vorteil, dass kleinere Strukturen erzeugt werden können . I n einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt daher im Bearbeitungsschritt eine großflächige Beaufschlagung der Oberfläche des Halbleiterbauelementes mit Laserstrahlung, insbesondere eine Beaufschlagung von zumindest 1 %, vorzugsweise zumindest 1 0 %, insbesondere bevorzugt zumindest 50 % der Oberfläche des Halbleiterbauelementes gleichzeitig mit Laserstrahlung. Hierdurch kann eine Kostenverringerung erzielt werden , dadurch dass kürzere Prozessdauern ermöglicht werden und/oder keine oder nur wenig aufwendige optische Ablenkeinheiten zur wahlweisen Positionierung des Laserstrahls notwendig sind .
I nsbesondere liegt es somit im Rahmen der Erfindung, in dem Bearbeitungsschritt die Oberfläche des Halbleiterbauelementes vollständig und gleichzeitig mit Laserstrahlung zu beaufschlagen .
I n dem Strukturerzeugungsschritt ist es wünschenswert, eine wählbare geometrische Form vorgeben zu können , in welcher die Absorptionsstruktur auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes übertragen wird . Bevorzugt wird daher in dem Strukturerzeugungsschritt die Absorptionsstruktur mittels Laserstrahlung durch Ü bertragen eines Absorptionsmaterials von einem Materialträger auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes erzeugt, wie zuvor zu dem Laser- Strukturerzeugungsschritt beschrieben und der mit Absorptionsmaterial beschichtete Materialträger daher nur teilweise mit Laserstrahlung beaufschlagt. I nsbesondere ist es vorteilhaft, einen Laser mit einem an sich bekannten optischen , steuerbaren Ablen ksystem zu verwenden , um über eine Steuereinheit des Ablenksystems beliebige geometrische Formen für den Übertrag von Absorptionsmaterial zur Ausbildung der Absorptionsstruktur auf der Oberfläche des Halbleiterbauelementes vorgeben zu können .
Vorzugsweise ist in dem Laser-Strukturerzeugungsschritt der Materialträger auf der der Oberfläche des Halbleiterbauelementes zugewandten Seite vollflächig mit Absorptionsmaterial beschichtet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil , dass eine beliebige Form der Absorptionsstruktur mittels der Laserstrahlung in Strukturerzeugungsschritt ausgebildet werden kann .
I n dem Laser-Strukturerzeugungsschritt wird daher vorteilhafterweise Laserstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich 300 nm bis 3000 nm , insbesondere 350nm bis 1 1 00n m verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Ausbildung einer metallischen , elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschicht des Halbleiterbauelementes geeignet. Vorzugsweise wird mittels des Verfahrens daher eine metallische, elektrische Kontaktierung der Halbleiterschicht ausgebildet. I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass das Absorptionsmaterial Metall aufweist, insbesondere, dass Metall als Absorptionsmaterial verwendet wird .
Vorzugsweise wird nach dem Bearbeitungsschritt eine Verstärkung der metallischen Kontaktierung, insbesondere bevorzugt eine galvanische Verstärkung durchgeführt, um die Stromleitungseigenschaften bei der metallischen Kontaktierung zu verbessern .
I n einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt in dem Bearbeitungssch ritt ein bevorzugt lokales Dotieren der Halbleiterschicht durch Eintreiben eines Dotierstoffes, aus welchem die Absorptionsstruktur besteht oder welchen die Absorptionsstruktur enthält, in die Halbleiterschicht mittels Laserstrahlung. Bevorzugt wird nach dem Bearbeitungsschritt die Absorptionsstruktur entfernt, insbesondere mittels chemischer Reinigung, beispielsweise Ätzen . Weiter bevorzugt erfolgt anschließend eine galvanische Metallisierung der dotierten Bereiche.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Ausbildung einer metallischen Kontaktierung vorteilhaft, da homogene Kontaktierungsstrukturen mit scharfen Konturen und geringe Linienbreiten ausgebildet werden können . Durch die homogene Ausbildung kann der Kontaktwiderstand besonders homogen über die Kontaktfläche ausgebildet werden . Weiterhin wird die Laserschädigung im Halbleiter niedrig gehalten .
Vorteilhafterweise ist die Halbleiterschicht mittelbar oder unmittelbar mit einer Zwischenschicht insbesondere einer elektrisch isolierenden Zwischenschicht bedeckt und in dem Strukturbearbeitungsschritt wird die Absorptionsstruktur auf die Zwischenschicht aufgebracht. Weiterhin wird vorteilhafterweise in dem Bearbeitungsschritt mittels der Laserstrahlung Material der Absorptionsstruktur durch die Zwischenschicht unmittelbar an der Oberfläche der Halbleiterschicht und/oder in die Halbleiterschicht eingebracht. Die Halbleiterschicht kann als amorphe Siliziumschicht ausgebildet sein . H ierbei ist es vorteilhaft, dass die Halbleiterschicht auf einem Siliziumsubstrat angeordnet ist. Amorphe Siliziumschichten weisen zwar hinsichtlich der elektrischen Qualität Vorteile auf, können jedoch durch hohe Temperaturen im Herstellungs- prozess des Halbleiterbauelementes beschädigt werden . Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass nur geringe oder zumindest nur lokale Erwärmungen erfolgen und somit keine oder zumindest nur eine lokale begrenzte Beschädigung einer amorphen Siliziumschicht auftritt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet für Bearbeitungsschritte amorpher Siliziu mschichten für Silizium Heterojunction Solarzellen aufgrund der vorgenannten Vorteile.
Wie zuvor beschrieben , ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft bei der Herstellung von Heterojunction Solarzellen einsetzbar.
Vorzugweise wird daher vor dem Strukturerzeugungsschritt auf die Halbleiterschicht bevorzugt unmittelbar eine elektrisch leitende Schicht, bevorzugt eine transparente elektrisch leitende Schicht, insbesondere ein TCO (transparent conductive oxide) aufgebracht, insbesondere bevorzugt die Halbleiterschicht ganzflächig bedeckend . Weiterhin wird auf der der Halbleiterschicht abgewandten Seite der elektrisch leitenden Schicht bevorzugt unmittelbar eine elektrisch isolierende Schicht (Isolierschicht), bevorzugt eine optisch transparente elektrisch isolierende Schicht, insbesondere eine Oxid- oder N itridschicht aufgebracht, vorzugsweise eine Aluminiumoxidschicht, bevorzugt ganzflächig die elektrisch leitende Schicht bedeckend .
I n dem Strukturerzeugungssch ritt wird die Absorptionsstruktur auf die elektrisch isolierende Schicht aufgebracht, wobei die Absorptionsstruktur bevorzugt als Kontaktierungsstruktur, insbesondere als metallische Struktur ausgebildet wird .
I n dem Bearbeitungsschritt wird mittels Laserstrahlung eine elektrische Kontak- tierung zwischen Absorptionsstruktur und elektrisch leitender Struktur ausgebi ldet.
H ierbei kann in einer vorteilhaften Weiterbildung anschließend eine galvanische Verstärkung der Absorptionsstruktur erfolgen . Dies wird dadurch ermöglicht, dass zwar die elektrisch leitende Schicht großflächig, bevorzugt ganzflächig ausgebildet ist, jedoch aufgrund der zusätzlich aufgebrachten elektrisch isolierenden Schicht die galvanische Verstärkung lediglich im Bereich der (elektrisch leitenden) Absorptionsstruktur erfolgt.
Die Zwischenschicht ist bevorzugt mit einer Dicke kleiner 200 nm , insbesondere kleiner 1 50 nm , bevorzugt kleiner 1 00 nm ausgebildet. Vorteilhafterweise weist die Zwischenschicht eine Dicke größer 5 nm , bevorzugt größer 1 0 nm auf. Hierdurch wird ein sicherer Eintrag des Absorptionsmaterials durch die Zwischenschicht h indurch gewährleistet.
Vorteilhafterweise enthält die Absorptionsstruktur silizidbildende Metalle. Dies weist den Vorteil auf, dass die Haftung und der Kontaktwiderstand zwischen Metall und Silizium verbessert wird . I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass die Absorptionsstruktur eines oder mehrere Metalle aus der Gruppe Nickel, Titan , Wolfram , Cobalt enthaltend ausgebildet wird und in dem Bearbeitungsschritt ein Metall-Silizid ausgebildet wird . Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei die Verwendung von N ickel erwiesen . Die Verwendung silizidbildender Metalle ist insbesondere bei Anwendung des Verfahrens zur Herstellung von Homojunc- tion-Solarzellen vorteilhaft.
Bevorzugt wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Halbleiterschicht mittels des Absorptionsmaterials p- oder n-dotiert, insbesondere lokal dotiert. Vorteilhafterweise wird hierbei als Absorptionsmaterial Aluminium (zum Ausbi lden einer p-Dotierung) oder Antimon (zum Ausbilden einer n-Dotierung) verwendet.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht insbesondere eine präzise, oberflächennahe Bearbeitung des unmittelbar unter der Absorptionsstruktur liegenden Bereichs der Halbleiterschicht. H ierzu ist eine dünne Absorptionsstruktur vorteilhaft. Bevorzugt weist die Absorptionsstruktur daher eine Dicker kleiner 500 nm , insbesondere kleiner 200 nm , bevorzugt kleiner 1 50 nm auf.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist weiterhin durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 5 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit mindestens einer Halbleiterschicht weist eine Strukturerzeugungseinheit zum Aufbringen einer Absorptionsstruktur auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes auf, wobei die Absorptionsstruktur die Oberfläche nur teilweise bedeckt. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Bearbeitungseinheit, welche zumindest eine Laserquelle zum Aufschlagen der Absorptionsstruktur mit Laserstrahlung aufweist auf.
H ierdurch ergeben sich die bereits bei dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile.
Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von Anwendungsbeispielen und Figuren beschrieben . Dabei zeigt:
Figur 1 ein erstens Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Metallisierung von Silizium Homojunction Solarzellen und
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Metallisierung von Silizium-Heterojunction Solarzellen .
Die Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Querschnitte von Halbleiterbauelementen in unterschiedlichen Verfahrensstadien . Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
1 . Metallisierung von Silizium Homojunction Solarzellen
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Vorderseitenmetallisierung einer kristallinen Homojunction-Siliziumsolarzelle, welche das Halbleiterbauelement darstellen . Die Solarzelle weist eine vorliegend als Siliziumwafer 1 ausgebildete Halbleiterschicht auf. Die Vorderseite dieser Solarzelle ist vor der Metallisierung ganzflächig mit einer oder mehreren dielektrischen Schichten versehen , die für ein weites Wellenlängenspektrum vom UV- bis in den I R-Bereich transparent sind uns somit eine elektrisch isolierende Zwischenschicht 2 darstellen . Dieser Verfahrensstand ist in Figur 1 a) dargestellt. Für die galvanische Herstellung einer strukturierten Metallisierung dieser Sola rzellen werden bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren die dielektrischen Schichten lokal entfernt, sodass die galvanische Abscheidung nur in diesen Bereichen stattfindet:
Vorbekannte nicht laser-basierte Verfahren für das Entfernen der dielektrischen Schichten sind das lokale Aufbringen eines chemisch aktiven Materials durch beispielsweise I nkjet-, Aerosol- oder Feinliniensiebdruck. Durch Erhitzen in einem Ofen wird eine chemische Reaktion ausgelöst, durch die die dielektrischen Schichten entfernt werden . Der Nachteil dieser Verfahren liegt darin , dass die gesamte Solarzelle erhitzt wird , was oft nicht wünschenswert ist. Zudem sind die kleinsten erreichbaren Linienbreiten beschränkt. Ein weiteres nicht- laserbasiertes Verfahren ist die fotolithografische Strukturierung. Der Nachteil der Fotolithografie sind die im Verhältnis sehr hohen Kosten , die deren Anwendung in der industriellen Produktion von Solarzellen unmöglich machen .
Die Entfernung der dielektrischen Schichten kann auch mittels lokaler Bestrahlung mit einem Laser erfolgen . Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin , dass die Solarzelle nur lokal erhitzt wird .
Ü blicherweise sind die dielektrischen Schichten für die verwendete Laserwellenlänge transparent. Die Laserstrahlung wird daher nicht in den dielektrischen Schichten absorbiert, sondern in den darunterliegenden Schichten , sodass die eigentliche Ablation der dielektrischen Schichten auf indirekte Weise durch die Ablation der untenliegenden Schichten erfolgt. Die Beschädigung der untenliegenden Schichten ist jedoch meist unerwünscht und kann zu einer Beeinträchtigung der Solarzelleneffizienz führen .
Ein weiterer Nachteil , der sich bei dieser Form der Laserbearbeitung ergibt ist, dass die minimal erreichbare Strukturgröße der bearbeiteten Bereiche durch den Laserstrahldurchmesser begrenzt ist. Gerade die Vorgabe einer schnellen Produktion wird oft dadurch erreicht, dass größere Strahldurchmesser in Kauf genommen werden , indem beispielsweise Scanner mit größerem Bearbeitungsfeld verwendet werden , die eine größere Brennweite haben und somit größere Laserstrahldurchmesser bewirken . Bei diesem Verfahren wird zudem ein gaußsches Laserstrahlprofil verwendet, um möglichst kleine Laserstrahldurchmesser zu erreichen . Das uneinheitliche Strahlprofil führt zu einer unscharfen Kontur der ablatierten Bereiche. Es entsteht ein mit nicht ausreichend Energie bearbeiteter Randbereich mit nicht optimalen Kontakteigenschaften .
Ein weiteres laserbasiertes Verfahren für die Beareitung der dielektrischen Schichten ist aus dem Patent DE 1 02009020774 B4 des I n stituts für Photovoltaik (I PV) in Stuttgart bekannt. Bei diesem Verfahren wird per„Laser I nduced For- ward Transfer" (LI FT) eine Saatschicht durch die dielektrischen Schichten hindurch gefeuert. Der Lasertransfer und das Feuern durch die dielektrischen Schichten finden dabei in einem Schritt statt. I n einer am I PV fertiggestellten Dissertation zu dem Thema wurde festgestellt, dass beim Nickel-LI FT-Prozess eine Partikelstreuung auftritt, die ebenfalls zu einer Unscharfe führt. Dieser Effekt kann zwar minimiert werden , indem der Pulsüberlapp erhöht wird , jedoch führt das dazu , dass es zu einer N ickeldiffusion bis zu einer Tiefe von 1 pm kommt und dass eine Emittertiefe von 2 pm notwendig ist, um das diffundierte N ickel abzuschirmen , was eine starke Einschränkung bedeutet.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, besteht d ie Metallisierungssequenz darin , durch„Laser I nduced Forward Tran sfer" (LI FT) ein Vorderseitengrid aus Nickel auf die Passivierschicht zu übertragen . H ierzu wird gemäß Figur 1 b) ein für die im LI FT-Prozess verwendete Laserstrahlung transparenter Materialträger 3 (vorliegend eine Polyesterfolie mit einer Dicke von 1 00 pm), welches an der der Solarzelle zugwandten Seite mit einer N ickelschicht 4 beschichtet ist, über der Solarzelle angeordnet. Mittels eines Laserstrahls L wird selektiv N ickel auf die Oberfläche der Zwischenschicht 2 übertragen , um die gewünschte Absorptionsstruktur 5, vorliegend ein Metallisierungsgitter, in einem Strukturerzeugungsschritt auszubilden . Das Ergebnis ist in Figur 1 c) dargestellt.
Anschließend wird gemäß des ersten Ausführungsbeispiels in einem Bearbei- tungssschritt die Nickelschicht per Laserbearbeitung durch die Passivierschicht hindurch gefeuert. Dadurch entstehen ein Kontakt zum Emitter und eine Saatschicht, die anschließend galvanisch verstärkt wird . Die Nickelschicht fungiert beim Laserfeuern als Absorberschicht, die die Laserstrahlung absorbiert und sich dadurch erwärmt. Durch Wärmediffusion wird auch die Passivierschicht erhitzt, sodass sie sich auflöst. I n Figur 1 d) sind Beispielhaft die Laserstrahlen L zur Bearbeitung sowie die Absorptionsstruktur 5, welche die Zwischenschicht 2 bereits durchdrungen hat, dargestellt.
Zusätzlich kann bei dieser Prozesssequenz eine wenige Nanometer dicke N i- ckelsilizidschicht entstehen , durch die die Haftung und der Kontaktwiderstand zwischen N ickel und Silizium verbessert werden .
Wenn in diesem Ausführungsbeispiel der Laserfeuerschritt mit einer geeigneten Wellenlänge im mittleren I nfrarotbereich durchgeführt wird , kann der Laserstrahldurchmesser größer sein , als die LI FT-transferierten N ickelfinger. Laserstrah lung in diesem Wellenlängenbereich wird weder in der Antireflexschicht noch im Silizium absorbiert, sodass Strahlung, die unerwünscht in die Solarzelle eindringt keine Beschädigung bewirkt. Vorteilhaft ist dieser Wellenlängenbereich auch falls die LI FT-transferierte N ickelschicht nicht geschlossen ist. Durch nicht mit Nickel bedeckte Bereiche könnte Strahlung in den Wafer eindringen, was bei Verwendung dieses Wellenlängenbereiches nicht zu einer Beschädigung der Solarzelle führt.
Das Anwendungsbeispiel unterscheidet sich von dem beschriebenen aus
DE 1 02009020774 B4 bekannten Verfahren dadurch , dass nach dem LI FT- Transfer das LI FT-Trägersubstrat entfernt wird und in einem weiteren Schritt die transferierte Schicht per Laser durch die dielektrische Schicht gefeuert wird . Dadurch können die beiden Teilschritte unabhängig voneinander optimiert werden . Zwar ist die kleinste erreichbare Strukturgröße beim Strukturerzeugungsschritt mittels LI FT vom Durchmesser des Laserstrahls abhängig, bei Verwendung eines Gaußschen Laserstrahlprofils kommt es aber, wie Versuchsergebnisse zeigen , bei einem optimierten Prozess nur im mittleren Bereich des Profils zu einem Transfer, wodurch tatsächlich eine Linienbreite erreicht wird , die kleiner ist als der Laserstrahldurchmesser. Zudem entsteht ein scharfer Übergang von mit Absorbermaterial beschichteten zu den unbeschichteten Bereichen und die Beschichtung selbst ist sehr homogen . Die Gaußform des Strahlprofils wird also nicht auf das LI FT-Druckbild übertragen und es können feine, homogene und scharf konturierte Strukturen erzeugt werden . Wenn der Laserstrahl im Bearbeitungsschritt, dem Laserfeuern , deutlich größer ist als der mit dem Absorbermaterial bedeckte Bereich , wird auch bei einem gaußschen Laserstrahlprofil das Absorbermaterial mit einer nahezu konstanten Fluenz bearbeitet. Daher wird die Konturschärfe des bearbeiteten Bereichs von der Konturschärfe der Beschichtung definiert.
Tatsächlich zeigen Forschungsergebnisse, dass der 2-Schritt-Prozess im Gegensatz zum 1 -Schritt-Prozess sehr gut für die Kontaktierung von flachen 300 nm tiefen Emittern geeignet ist und dass keine U nschärfe an den Linienrändern entsteht.
Ähnliche Vorteile ergeben sich auch gegenüber der Laserablation der dielektrischen Schichten ohne Absorberschicht. Die für die Laserablation typische inhomogene Bearbeitung wird wie beschrieben beim LI FT-basierten 2-Schritt- Prozess vermieden . Zudem wird die vom Laser an die Absorberstruktur abgegebene Energie primär an die zu entfernende Passivierschicht abgegeben , sodass im Vergleich zur Laserablation tiefere Bereiche in der Solarzelle kaum beschädigt werden und eine höhere Effizienz der Solarzelle erreicht wird .
Folgende Werte gelten werden bevorzugt für eine Bearbeitung von c-Si Ho- moju nction-Präkursoren , deren Vorderseite unmetallisiert und mit einer ca. 70 nm d icken Siliziumnitrid-Antireflexschicht beschichtet ist und deren Rückseite fertig metallisiert ist, verwendet. Das Absorbermaterial für den LI FT-Prozess ist wie zuvor beschrieben N ickel .
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2. Metallisierung von Silizium-Heterojunction Solarzellen
I n einem zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Metallisierung einer Silizium- Heteroju nction-Solarzelle. Die Solarzelle weist einen Siliziumwafer 1 auf, welcher an der Vorderseite mit einer amorphen Siliziumschicht (a-Si-Schicht) 6 beschichtet ist. Auf der a-Si-Schicht ist eine elektrisch leitfähige, transparente TCO-Schicht (transparent conductive oxide), vorliegend eine ITO-Schicht (ind i- um tin oxide) 7 aufgebracht. Dies entspricht an sich bekannten Verfahrensschritten zur Herstellung einer Heterojunction-Solarzelle. Auf die TCO-Schicht 7 wird eine wenige Nanometer dicke, transparente, elektrisch nicht-leitende Isolierschicht 8 aufgebracht, vorliegend eine 1 5 nm dicke Aluminiumoxidschicht. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird in einem Strukturerzeugungsschritt mittels eines LI FT-Verfahrens N ickel 4 von einem Materialträger 3 auf die Oberfläche, vorliegend auf die Isolierschicht 8 mittels Laserstrahlung L zur Ausbildung der Absorptionsstruktur 5 (ein Metallisierungsgitter) übertragen . Dies ist in Figur 2a) dargestellt.
Anschließend wird in einem Bearbeitungsschritt d ie Nickelschicht per Laserbearbeitung durch die Isolierschicht 8 gefeuert, sodass ein Kontakt zur TCO- Schicht und eine Saatschicht für die anschließende galvanische Verstä rkung entstehen . Die Wellenlänge des Lasers sollte im I nfrarot-Bereich so gewählt sein , dass die Laserstrahlung sowohl in der TCO-Schicht und der Isolierschicht 8 als auch in der a-Si-Schicht und im kristallinen Siliziumwafer möglichst wenig absorbiert wird . Auf diese Weise wird die Laserenergie wie im vorherigen Beispiel beschrieben primär auf die oberste Schicht, also die Isolierschicht 8, übertragen und die empfindliche a-Si-Schicht wird nicht beschädigt. Für die Vermeidung von Ghostplating ist es wichtig, dass die Isolierschicht 8 möglichst pla- tingresistent ist. Versuche zeigen , dass ALD-AI2O3 hierfür besonders geeignet ist.
Folgende Werte gelten für eine Bearbeitung von Silizium-Heterojunction- Präkursoren , deren Vorderseite mit einer TCO-Schicht beschichtet und unmetal- lisiert ist und deren Rückseite fertig metallisiert ist. Das Absorbermaterial für den LI FT-Prozess ist Nickel . ie Vorderseite wird zunächst mit AI2O3 als Isolierschicht beschichtet.
Figure imgf000022_0001

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit
zumindest einer Halbleiterschicht,
wobei in einem Bearbeitungsschritt das Halbleiterbauelement mit Laserstrahlung beaufschlagt wird ,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor dem Bearbeitungsschritt in einem Strukturerzeugungsschritt eine Absorptionsstruktur auf die Oberfläche des
Halbleiterbauelementes aufgebracht wird , welche die Oberfläche nur teilweise bedeckt,
dass nach Aufbringen der Absorptionsstruktur in dem
Bearbeitungsschritt die Absorptionsstruktur zumindest teilweise mit Laserstrahlung beaufschlagt wird , wobei Absorptionsmaterial für die Absorptionsstruktur und Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich verwendet wird , so dass für das Material der Halbleiterschicht die Absorption der Laserstrahlung um zumindest einen Faktor 1 0 geringer ist als im Material der Absorptionsstruktur und
dass die Bearbeitung jedes Teilbereiches der Absorptionsstruktur in dem Bearbeitungsschritt zumindest 1 ms nach Aufbringen dieses Teilbereiches in dem Strukturerzeugungsschritt erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bearbeitungsschritt zumindest 1 ms, bevorzugt zumindest 1 0 ms nach dem Strukturerzeugungsschritt erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Absorptionsstruktur zumindest 0, 1 %, insbesondere
zumindest 0,5% der Oberfläche des Halbleiterbauelementes bedeckend in dem Strukturerzeugungsschritt ausgebildet wird, insbesondere, dass die Absorptionsstruktur im Bereich 0, 1 % bis 90%, insbesondere 0,5% bis 80% der Oberfläche der Halbleiterschicht bedeckend in dem Strukturerzeugungsschritt ausgebildet wird .
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Aufbringen der Absorptionsstruktur mittels eines nicht Laserbasierten Verfahrens erfolgt, insbesondere mittels eines Verfahrens aus der Gruppe Siebdruck, Tampondruck, I nkjetdruck,
Maskierungsverfahren .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Strukturerzeugungsschritt Absorptionsmaterial von einem Materialträger auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes mittels Laserstrahlung zur Ausbildung der Absorptionsstruktur übertragen wird und dass der Bearbeitungsschritt nach Entfernen des
Materialträgers erfolgt, insbesondere, dass der
Strukturerzeugungsschritt einen LI FT-Prozess aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich Strukturerzeugungsschritt und Bearbeitungsschritt in zumindest einem der Parameter
- Fluenz der Laserstrahlung;
- Wellenlänge der Laserstrahlung;
- Pulsenergie der Laserstrahlung;
- Pulsdauer der Laserstrahlung;
- Strahlprofil der Laserstrahlung
unterscheiden .
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Absorptionsstruktur mit einer Flächenbedeckung von zumindest 1 0 mm2 der Oberfläche des Halbleiterbauelementes in dem Strukturerzeugungsschritt ausgebildet wird .
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strukturerzeugungsschritt die Absorptionsstruktur auf eine zwischen Absorptionsstruktur und Halbleiterschicht angeordnete Zwischenschicht aufgebracht wird und dass Material für die
Zwischenschicht und in dem Bearbeitungsschritt Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich verwendet wird , für welche das Material der Zwischenschicht eine um einen Faktor 1 0, insbesondere um einen Faktor 1 00, bevorzugt um einen Faktor 1 000 kleinere Absorption gegenüber dem Material der Absorptionsstruktur aufweist,
insbesondere,
dass die Absorptionsstruktur auf ein zwischen Absorptionsstruktur und Halbleiterschicht angeordnetes Schichtsystem aufgebracht wird und dass in dem Bearbeitungsschritt Materialien für alle
Zwischenschichten und in dem Bearbeitungsschritt Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich verwendet wird , für welche die Materialien aller Zwischenschichten eine um einen Faktor 1 0, insbesondere um einen Faktor 1 00, bevorzugt um einen Faktor 1 000 kleinere Absorption gegenüber dem Material der Absorptionsstruktur aufweisen .
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Halbleiterbauelement mehrere Halbleiterschichten aufweist und dass in dem Bearbeitungsschritt Laserstrahlung in einem
Wellenlängenbereich verwendet wird , so dass die Absorption in allen Halbleiterschichten um einen Faktor 1 0, insbesondere um einen Faktor 1 00, bevorzugt um einen Faktor 1 000 kleiner ist als die
Absorption im Material der Absorptionsstruktur.
1 0. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Bearbeitungsschritt die durch den Laser beaufschlagte Oberfläche sich über die Fläche der Absorptionsstruktur hinaus erstreckt, insbesondere, dass sich die durch den Laser beaufschlagte Oberfläche an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten über die Fläche der Absorptionsstruktur hinaus erstreckt, vorzugsweise, dass in dem Bearbeitungsschritt zumindest 1 % , vorzugsweise zumindest 1 0% , insbesondere zumindest 50% der Oberfläche des Halbleiterbauelementes gleichzeitig mit Laserstrahlung beaufschlagt wird .
1 1 . Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche,
dadu rch gekennzeichnet,
dass mittels des Verfahrens eine metallische, elektrische
Kontaktierung der Halbleiterschicht ausgebildet wird , insbesondere, dass die Absorptionsstruktur Metall aufweisend ausgebildet wird , vorzugsweise, dass nach dem Bearbeitungsschritt eine Verstärkung der metallischen Kontaktierung, insbesondere eine galvanische Verstärkung durchgeführt wird , vorzugsweise,
dass zwischen Absorptionsstruktur und Halbleiterschicht zumindest eine elektrisch isolierende Zwischenschicht angeordnet wird und in dem Bearbeitungsschritt das Material der Absorptionsstruktur die Zwischenschicht durchdringt.
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Halbleiterschicht eine amorphe Silizium-Schicht ist, insbesondere, dass die Halbleiterschicht auf einem Siliziumsubstrat angeordnet ist.
1 3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Absorptionsstruktur silzidbildende Metalle enthält, insbesondere eines oder mehrere Metalle aus der Gru ppe N ickel , Cobalt, Titan , Wolfram , enthaltend ausgebildet wird und in dem Bearbeitungsschritt ein Metall-Silizid ausgebildet wird .
14. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Absorptionsstruktur zumindest einen Dotierstoff,
insbesondere einen Dotierstoff des p-Typs oder n-Typs enthaltend ausgebildet wird und in dem Bearbeitungsschritt die Halbleiterschicht mittels des Absorptionsmaterials dotiert wird , insbesondere lokal dotiert wird .
5. Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelementes mit mindestens einer Halbleiterschicht,
mit einer Strukturerzeugungseinheit zum Aufbringen einer
Absorptionsstruktur auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes, welche die Oberfläche nur teilweise bedeckt und
einer Bearbeitungseinheit, welche zumindest eine Laserquelle zum Beaufschlagen der Absorptionsstruktur mit Laserstrahlung aufweist, insbesondere, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines
Verfahrens gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet ist.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4970196A (en) 1987-01-15 1990-11-13 The Johns Hopkins University Method and apparatus for the thin film deposition of materials with a high power pulsed laser
JPH04214675A (ja) * 1990-12-13 1992-08-05 Sanyo Electric Co Ltd 太陽電池の製造方法
DE10046170A1 (de) 2000-09-19 2002-04-04 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Metallkontaktes durch eine dielektrische Schicht
US20100167457A1 (en) * 2008-12-30 2010-07-01 Jong Hwan Kim Laser firing apparatus for high efficiency solar cell and fabrication method thereof
DE102009020774A1 (de) * 2009-05-05 2010-11-11 Universität Stuttgart Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleitersubstrates

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003055636A1 (en) * 2001-12-21 2003-07-10 Ifire Technology Inc. Method of laser ablation for patterning thin film layers for electroluminescent displays
DE102013220886A1 (de) * 2013-10-15 2015-04-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Erzeugen einer metallischen Kontaktierungsstruktur auf einem Halbleitersubstrat

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4970196A (en) 1987-01-15 1990-11-13 The Johns Hopkins University Method and apparatus for the thin film deposition of materials with a high power pulsed laser
JPH04214675A (ja) * 1990-12-13 1992-08-05 Sanyo Electric Co Ltd 太陽電池の製造方法
DE10046170A1 (de) 2000-09-19 2002-04-04 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Metallkontaktes durch eine dielektrische Schicht
US20100167457A1 (en) * 2008-12-30 2010-07-01 Jong Hwan Kim Laser firing apparatus for high efficiency solar cell and fabrication method thereof
DE102009020774A1 (de) * 2009-05-05 2010-11-11 Universität Stuttgart Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleitersubstrates
DE102009020774B4 (de) 2009-05-05 2011-01-05 Universität Stuttgart Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleitersubstrates

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIN YAFU ET AL: "Laser sintering of screen-printed silver paste for silicon solar cells", 2013 IEEE 39TH PHOTOVOLTAIC SPECIALISTS CONFERENCE (PVSC), IEEE, 16 June 2013 (2013-06-16), pages 3445 - 3447, XP032568528, DOI: 10.1109/PVSC.2013.6745189 *

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