DE102009018112B3 - Method for producing a semiconductor component, in particular a solar cell, with a locally opened dielectric layer and corresponding semiconductor component - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes 100 und ein entsprechendes Halbleiterbauelement vorgestellt. Das Herstellungsverfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf: Bereitstellen eines Siliziumsubstrats (1); Ausbilden einer ersten Schicht (3) aus amorphem Silizium an einer Oberfläche des Siliziumsubstrats (1); Ausbilden einer zweiten Schicht (5) aus einem Dielektrikum auf der ersten Schicht (3); und lokales Entfernen der zweiten Schicht (5) in Ablationsbereichen (9) durch Bestrahlen des Siliziumsubstrates (1) und der darauf befindlichen Schichten (3, 5) mit Laserlicht (7). Das Laserlicht (7) wird dabei vornehmlich in der amorphen Siliziumschicht (3) absorbiert, wobei es durch Verdampfen von amorphem Silizium zu einem Ablatieren der darüberliegenden Dielektrikumschicht (5) kommt. Die amorphe Siliziumschicht (3) wird jedoch nicht vollständig entfernt. Eine Restschicht verbleibt und dient zur zuverlässigen Bildung eines elektrischen Kontaktes mit dem Siliziumsubstrat (1).A method for producing a semiconductor component 100 and a corresponding semiconductor component are presented. The manufacturing method comprises the following method steps: providing a silicon substrate (1); Forming a first layer (3) of amorphous silicon on a surface of the silicon substrate (1); Forming a second layer (5) of a dielectric on the first layer (3); and locally removing the second layer (5) in ablation regions (9) by irradiating the silicon substrate (1) and the layers (3, 5) thereon with laser light (7). In this case, the laser light (7) is absorbed primarily in the amorphous silicon layer (3), whereby evaporation of amorphous silicon leads to ablating of the overlying dielectric layer (5). However, the amorphous silicon layer (3) is not completely removed. A residual layer remains and serves to reliably form an electrical contact with the silicon substrate (1).
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes, insbesondere einer Solarzelle, bei dem eine an einer Oberfläche eines Siliziumsubstrates ausgebildete Dielektrikumschicht lokal geöffnet wird. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Halbleiterbauelement.The The invention relates to a method for producing a semiconductor component, in particular a solar cell, wherein one on a surface of a Silicon substrate formed dielectric layer is opened locally. The invention further relates to a corresponding semiconductor component.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Bei vielen Halbleiterbauelementen kann es notwendig sein, eine Oberfläche eines Siliziumsubstrates lokal mit einem Metallkontakt zu kontaktieren. Beispielsweise können bei einer Solarzelle lokal aufgebrachte Metallkontakte zum Ableiten des in der Solarzelle erzeugten Stromes dienen. Um das Siliziumsubstrat lokal zu kontaktieren, kann beispielsweise eine als Isolationsschicht dienende Dielektrikumschicht auf der Substratoberfläche abgeschieden werden und anschließend in den zu kontaktierenden Bereichen lokal entfernt werden. Über die Dielektrikumschicht kann dann eine Metallschicht abgeschieden werden, die in den Bereichen, in denen die Dielektrikumschicht zuvor lokal entfernt wurde, das darunter liegende Siliziumsubstrat direkt kontaktieren kann.at Many semiconductor devices may require a surface of a Contact silicon substrate locally with a metal contact. For example can In a solar cell locally applied metal contacts for dissipation serve the electricity generated in the solar cell. To the silicon substrate For example, one can contact locally as an insulation layer serving dielectric layer are deposited on the substrate surface and subsequently be removed locally in the areas to be contacted. About the Dielectric layer can then be deposited a metal layer, those in areas where the dielectric layer was previously local was removed, the underlying silicon substrate can contact directly.
Um eine Dielektrikumschicht lokal zu öffnen, sind herkömmliche Fotolithographieverfahren bekannt, bei denen eine Oberfläche der Dielektrikumschicht zunächst mit einem Lack lokal geschützt wird, der Lack anschließend nach lokalem Belichten in Teilbereichen entfernt wird und anschließend in diesen Teilbereichen die darunterliegende Dielektrikumschicht lokal mittels einer Ätzlösung weggeätzt wird.Around To open a dielectric layer locally are conventional Photolithography known in which a surface of the Dielectric layer first locally protected with a varnish is, then the paint after local exposure in subregions is removed and then in These subregions, the underlying dielectric layer locally is etched away by means of an etching solution.
Alternativ können Ätzpasten verwendet werden, die lokal auf die Dielektrikumschicht aufgedruckt werden und diese dort wegätzen.alternative can etch pastes can be used, which are printed locally on the dielectric layer and etch them out there.
Ein weiteres aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zum lokalen Entfernen einer Dielektrikumschicht ist die sogenannte „Laserablation”. Hierbei wird Laserlicht hoher Intensität auf die zu entfernenden Bereiche der Dielektrikumschicht fokussiert. Um die zur Ablation notwendigen Energiedichten zu erreichen, wird das Laserlicht meistens gepulst eingestrahlt. Das Laserlicht wird hierbei größtenteils in dem unter der Dielektrikumschicht befindlichen Siliziumsubstrat absorbiert. Es kommt dort zu einer abrupten Erhitzung und Verdampfung von Siliziummaterial, wodurch die darüberliegenden Bereiche der Dielektrikumschicht „abgesprengt” werden, das heißt, lokal abplatzen. Auf diese Weise können zum Beispiel Siliziumdioxidschichten oder Siliziumnitridschichten lokal ablatiert werden.One Another known from the prior art method for local Removal of a dielectric layer is the so-called "laser ablation". in this connection becomes laser light of high intensity focused on the areas to be removed of the dielectric layer. In order to achieve the energy densities required for ablation, the laser light is usually pulsed. The laser light will this mostly in the silicon substrate under the dielectric layer absorbed. It comes to an abrupt heating and evaporation of silicon material, whereby the overlying areas of the dielectric layer are "blown off", the is called, flake off locally. In this way, for example, silicon dioxide layers or silicon nitride layers are ablated locally.
Aufgrund des bei der Absorption des Laserlichtes auftretenden starken Erhitzens bzw. Aufschmelzens der Oberflächenbereiche des Siliziumsubstrates kann dort die Kristallstruktur des Siliziums geschädigt werden. Im Extremfall wird ein oberflächennaher Bereich des Siliziumsubstrates zusammen mit der darüberliegenden Dielektrikumschicht ablatiert. Die Schädigung der Kristallstruktur sowie das unerwünschte Ablatieren der Siliziumsubstratoberfläche selbst kann zu einer Schädigung des Halbleiterbauelementes führen. Beispielsweise kann sich bei einer Solarzelle direkt an der Oberfläche des Siliziumsubstrats der dünne, empfindliche Emitter befinden. Eine Schädigung oder gar Ablation der Emitterschicht kann zu einer Reduzierung der Ladungsträgerlebensdauern oder gar zu lokalen Kurzschlüssen in der Solarzelle und letztendlich zu einem Wirkungsgradverlust führen.by virtue of the strong heating occurring in the absorption of the laser light or melting of the surface areas of the silicon substrate can be damaged there, the crystal structure of the silicon. In extreme cases, a near-surface is Area of the silicon substrate together with the overlying Dielectric layer ablated. The damage to the crystal structure as well as the unwanted Ablating the silicon substrate surface itself can damage the Lead semiconductor device. For example, in a solar cell directly on the surface of the silicon substrate the thin, sensitive emitters are located. Damage or even ablation of the Emitter layer can lead to a reduction of the carrier lifetime or even local shorts in the solar cell and ultimately lead to a loss of efficiency.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es kann daher ein Bedarf für ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes bestehen, bei dem eine auf einem Siliziumsubstrat abgeschiedene Dielektrikumschicht lokal entfernt werden kann, ohne die Oberfläche des Siliziumsubstrats hinsichtlich seiner elektronischen Eigenschaften wesentlich zu schädigen. Ferner kann ein Bedarf an einem Halbleiterbauelement, insbesondere einer Silizium-Solarzelle bestehen, das insbesondere infolge eines solchen schonenden Herstellungsverfahrens eine Struktur aufweist, bei der eine Schädigung eines Siliziumsubstrates in Bereichen, in denen eine darüberliegende Dielektrikumschicht lokal entfernt ist, vermieden ist.It can therefore be a need for a method for producing a semiconductor device is made, wherein a dielectric layer deposited on a silicon substrate can be removed locally without affecting the surface of the silicon substrate significantly damage its electronic properties. Further there may be a need for a semiconductor device, in particular one Silicon solar cell consist, in particular as a result of such careful manufacturing process has a structure in which a damage a silicon substrate in areas where an overlying Dielectric layer is removed locally, is avoided.
Einem solchen Bedarf kann mit dem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes bzw. mit dem Halbleiterbauelement gemäß den unabhängigen Ansprüchen entsprochen werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.a Such need can be met with the method of manufacturing a semiconductor device or with the semiconductor device according to the independent claims become. Advantageous embodiments are given in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes, insbesondere einer Solarzelle, vorgeschlagen. Das Verfahren weist die nachfolgenden Schritte vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge auf: (a) Bereitstellen eines Siliziumsubstrates; (b) Ausbilden einer ersten Schicht aus amorphem Silizium an einer Oberfläche des Siliziumsubstrates; (c) Ausbilden einer zweiten Schicht aus einem Dielektrikum auf der ersten Schicht; und (d) lokales Entfernen der zweiten Schicht in Ablationsbereichen durch Bestrahlen des Siliziumsubstrates und der darauf befindlichen Schichten mit Laserlicht, wobei Eigenschaften des Laserlichtes und Eigenschaften der ersten Schicht derart angepasst sind, dass beim lokalen Entfernen der zweiten Schicht in den Ablationsbereichen höchstens eine Teildicke der ersten Schicht mitentfernt wird und wenigstens eine Restdicke der ersten Schicht von wenigstens 1 mm verbleibt.According to one The first aspect of the present invention is a method for Producing a semiconductor component, in particular a solar cell, proposed. The method preferably comprises the subsequent steps in the order given: (a) providing a silicon substrate; (b) forming a first layer of amorphous silicon on one surface the silicon substrate; (c) forming a second layer from a Dielectric on the first layer; and (d) locally removing the second layer in Ablationsbereichen by irradiation of the silicon substrate and the layers thereon with laser light, with properties of the laser light and properties of the first layer adapted are that when locally removing the second layer in the ablation areas at the most a partial thickness of the first layer is removed and at least a residual thickness of the first layer of at least 1 mm remains.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterbauelement vorgeschlagen. Es weist ein Siliziumsubstrat, eine erste Schicht aus amorphem Silizium an einer Oberfläche des Siliziumsubstrates und eine zweite Schicht aus einer Dielektrikumschicht auf der ersten Schicht auf. Die zweite Schicht ist in Ablationsbereichen lokal entfernt. Die erste Schicht weist in den Ablationsbereichen eine Dicke von wenigstens 1 nm, vorzugsweise wenigstens 5 nm, auf. Zudem weist die erste Schicht in den Ablationsbereichen eine geringere Dicke des außerhalb der Ablationsbereichen auf.According to one The second aspect of the present invention is a semiconductor device proposed. It has a silicon substrate, a first layer of amorphous silicon on a surface of the silicon substrate and a second layer of a dielectric layer on the first Shift up. The second layer is local in ablation areas away. The first layer has a in the ablation areas Thickness of at least 1 nm, preferably at least 5 nm. moreover the first layer in the ablation regions has a smaller one Thickness of the outside the ablation areas.
Aspekte der vorliegenden Erfindung können als auf der folgenden Idee basierend angesehen werden: An einem Siliziumsubstrat, welches für die Herstellung eines Halbleiterbauelementes dienen soll, wird zwischen einer beispielsweise als elektrische Isolationsschicht dienenden Dielektrikumschicht und der Substratoberfläche eine zusätzliche Schicht abgeschieden. Diese zusätzliche Schicht besteht aus amorphem Silizium (a-Si). Diese a-Si-Schicht kann dazu ausgebildet sein, zu verhindern, dass bei einem Ablatieren, das heißt lokalen Entfernen, der Dielektrikumschicht eine darunterliegende Oberfläche des Siliziumsubstrates geschädigt wird. Ferner kann in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden, dass die a-Si-Schicht beispielsweise aufgrund eines darin enthaltenen hohen Wasserstoffanteils gut zur Passivierung der Oberfläche des Siliziumsubstrates dienen kann. Des Weiteren kann in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden, dass erfahrungsgemäß ein elektrischer Kontakt zwischen einer Aluminiumschicht und der a-Si-Schicht zu sehr geringen und insbesondere zuverlässig reproduzierbaren geringen elektrischen Kontaktwiderständen führt.aspects of the present invention can be described as based on the following idea: on a silicon substrate, which for the production of a semiconductor device is to serve, is between an example serving as an electrical insulation layer Dielectric layer and the substrate surface an additional Layer deposited. This additional Layer consists of amorphous silicon (a-Si). This a-Si layer can be designed to prevent that when ablating, this means local removal, the dielectric layer an underlying surface of the silicon substrate damaged becomes. Furthermore, it can be advantageously used that the a-Si layer, for example, due to a contained therein high hydrogen content good for passivation of the surface of the Silicon substrates can serve. Furthermore, in an advantageous Be used manner that experience shows an electrical contact between an aluminum layer and the a-Si layer to very low and especially reliable reproducible low electrical contact resistance leads.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement kann somit eine Oberfläche eines Siliziumsubstrates lokal in Bereichen, in denen eine über dem Siliziumsubstrat abgeschiedene Dielektrikumschicht lokal entfernt wurde, freigelegt und beispielsweise elektrisch kontaktiert werden. Hierbei kann einerseits eine oberflächennahe Schädigung des Siliziumsubstrats vermieden werden und andererseits eine gute Oberflächenpassivierung, insbesondere in den nicht-freigelegten Bereichen, sowie in zuverlässig reproduzierbarer Weise ein niedriger Kontaktwiderstand mit einer einen Metallkontakt bildenden Aluminiumschicht, die das Siliziumsubstrat in den zuvor lokal geöffneten, freigelegten Bereichen in der Dielektrikumschicht kontaktiert, erzielt werden.With Help of the method or in the semiconductor device according to the invention can thus be a surface a silicon substrate locally in areas where one above the Silicon substrate deposited dielectric layer locally removed was exposed, and contacted, for example, electrically. On the one hand, near-surface damage to the Silicon substrate can be avoided and on the other hand, a good surface passivation, especially in the non-exposed areas, as well as in reliably reproducible Do a low contact resistance with a metal contact forming aluminum layer containing the silicon substrate in the previously locally opened, contacted exposed areas in the dielectric layer achieved become.
Weitere mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens bzw. des Halbleiterbauelements werden nachfolgend detailliert beschrieben.Further possible Features and advantages of embodiments the production process according to the invention or the semiconductor device are described in detail below.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Herstellen eines beliebigen Halbleiterbauelementes, bei dem ein lokales Entfernen einer beispielsweise als Isolationsschicht dienenden Dielektrikumschicht notwendig ist, dienen. Beispiele für solche Halbleiterbauelemente können Solarzellen, Leuchtdioden sowie komplexe, in ein Siliziumsubstrat integrierte Schaltungen sein. Die Dielektrikumschicht kann hierbei lokal durch Ablation mit Laserlicht geöffnet werden, um Bereiche freizulegen, in denen das darunterliegende Siliziumsubstrat beispielsweise elektrisch kontaktiert werden kann.The inventive method can for producing any semiconductor device, in a local removal of a example as an isolation layer Serving dielectric layer is necessary serve. Examples of such Semiconductor devices can Solar cells, light-emitting diodes and complex, in a silicon substrate be integrated circuits. The dielectric layer can in this case be opened locally by ablation with laser light to expose areas in which the underlying silicon substrate, for example, electrically contacted can be.
Das Siliziumsubstrat kann beispielsweise in Form eines Siliziumwafers oder in Form einer Siliziumdünnschicht bereitgestellt werden.The Silicon substrate, for example, in the form of a silicon wafer or in the form of a silicon thin film to be provided.
Die erste Schicht aus amorphem Silizium wird vorzugsweise direkt an einer Oberfläche des Siliziumsubstrates ausgebildet, das heißt, ohne weitere zwischen der Siliziumsubstratoberfläche und der amorphen Siliziumschicht befindliche Zwischenschichten. Mit anderen Worten kann die amorphe Siliziumschicht in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Siliziumsubstrates stehen. Auf diese Weise kann die amorphe Siliziumschicht die Substratoberfläche gut passivieren, indem zum Beispiel freie Bindungen (sogenannte „dangling bonds”) abgesättigt werden bzw. in der amorphen Siliziumschicht enthaltener Wasserstoff in die Siliziumsubstratoberfläche eindiffundieren kann. Wie weiter unten detaillierter beschrieben, kann die amorphe Siliziumschicht bestimmte strukturelle sowie chemische Eigenschaften aufweisen, um ihr sowohl gute Oberflächen-passivierende Eigenschaften zu geben als auch um für einen geringen Kontaktwiderstand beispielsweise zwischen einer die amorphe Siliziumschicht kontaktierenden Aluminiumschicht und dem Siliziumsubstrat zu sorgen.The first layer of amorphous silicon is preferably formed directly on a surface of the silicon substrate, that is, without further intermediate layers located between the silicon substrate surface and the amorphous silicon layer. In other words, the amorphous silicon layer may be in direct contact with the surface of the silicon substrate. In this way, the amorphous silicon layer can easily passivate the substrate surface, for example by saturating free bonds (so-called "dangling bonds") or by allowing hydrogen contained in the amorphous silicon layer to diffuse into the silicon substrate surface. As described in more detail below, the amorphous silicon layer may have certain structural and chemical properties in order to give it both good surface-passivating properties and to provide for a low contact resistance, for example, between an aluminum layer contacting the amorphous silicon layer and the silicon substrate.
Die zweite Schicht wird aus einem Dielektrikum wie beispielsweise Siliziumoxid (SiO oder SiO2) oder Siliziumnitrid (SiNx, beispielsweise Si3N4) gebildet. Die Dielektrikumschicht kann die amorphe Siliziumschicht, direkt kontaktieren. Alternativ können zwischen die Dielektrikumschicht und die amorphe Siliziumschicht auch noch weitere, vorzugsweise für das verwendete Laserlicht optisch transparente Schichten zwischengelagert sein. Die Dielektrikumschicht kann als einzelne homogene Schicht oder als Stapel mehrerer verschiedener Schicht ausgebildet sein. Die Dielektrikumschicht kann beispielsweise zur elektrischen Isolation zwischen einer darüber abgeschiedenen Aluminiumschicht und dem Siliziumsubstrat in Bereichen außerhalb der zuvor geöffneten Ablationsbereichen dienen. Alternativ oder ergänzend kann die Dielektrikumschicht auch weitere Aufgaben erfüllen. Sie kann beispielsweise als Antireflexschicht oder Rückseitenspiegel für eine Solarzelle dienen oder einen stabilisierenden Einfluss auf die Passivierung der amorphen Siliziumschicht z. B. während eines Hochtemperaturschrittes, wie z. B. beim Einfeuern metallhaltiger Pasten zur Metallkontaktbildung, bewirken.The second layer is formed of a dielectric such as silicon oxide (SiO 2 or SiO 2 ) or silicon nitride (SiN x , for example, Si 3 N 4 ). The dielectric layer may contact the amorphous silicon layer directly. Alternatively, between the dielectric layer and the amorphous silicon layer also further, preferably for the laser light used optically transparent layers may be stored. The dielectric layer may be formed as a single homogeneous layer or as a stack of several different layers. The dielectric layer may serve, for example, for electrical insulation between an overlying aluminum layer and the silicon substrate in regions outside the previously opened ablation regions. Alternatively or additionally, the dielectric layer can also fulfill further tasks. It can serve, for example, as an antireflection layer or backside mirror for a solar cell or has a stabilizing effect on the passivation of the amorphous silicon layer, for example. B. during a high temperature step, such. As in the firing metal-containing pastes for metal contact.
Beim anschließenden lokalen Entfernen der Dielektrikumschicht wird das Siliziumsubstrat mit der darauf befindlichen amorphen Siliziumschicht und der ebenfalls darauf befindlichen Dielektrikumschicht lokal mit Laserlicht beleuchtet. Die Eigenschaften des Laserlichts können dabei so gewählt werden, dass es zu einer lokalen Ablation der Dielektrikumschicht kommt. Einflussparameter können hierbei die Fokussierung des Laserlichts, die Leistungsdichte des Laserlichts, die Wellenlänge des Laserlichts sowie die Bestrahlungsdauer sein.At the subsequent Locally removing the dielectric layer becomes the silicon substrate with the amorphous silicon layer thereon and also local thereon dielectric layer is illuminated locally with laser light. The properties of the laser light can be chosen so that there is a local ablation of the dielectric layer. influencing parameters can Here, the focus of the laser light, the power density of the Laser light, the wavelength of the laser light and the irradiation time.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren zum Herstellen eines Bauelements ferner das Abscheiden einer Aluminiumschicht zumindest in den Ablationsbereichen, in denen die zuvor abgeschiedene Dielektrikumschicht lokal entfernt wurde, auf. Die Aluminiumschicht kann einen guten Ohm'schen Kontakt mit der in den Ablationsbereichen freigelegten darunterliegenden ersten Schicht aus amorphem Silizium bilden.According to one embodiment According to the present invention, the method of manufacturing a Component further comprises the deposition of an aluminum layer at least in the ablation areas where the previously deposited dielectric layer was removed locally. The aluminum layer can be a good one Ohmic contact with the underlying one exposed in the ablation areas form the first layer of amorphous silicon.
Um die Bildung eines solchen guten elektrischen Kontaktes weiter zu unterstützen, kann das Herstellungsverfahren ergänzend den Schritt des Temperns der Aluminiumschicht bei wenigstens 180°C, vorzugsweise wenigstens 200°C beispielsweise über mehr als 10 Minuten, vorzugsweise mehr als 1 Stunde aufweisen. Das Ausbilden von Metallkontakten mit Hilfe einer Aluminiumschicht, die eine darunterliegende Schicht aus amorphem Silizium kontaktiert und vorzugsweise entsprechend getempert wurde, hat sich als vorteilhaft herausgestellt. Solche Kontakte werden manchmal als „COSIMA”-Kontakte (Contacts to a-Si:H passivated Si by means of annealing) bezeichnet. Solche Kontakte können sich durch einen konstant geringen Kontaktwiderstand zwischen dem Aluminium und dem amorphem Silizium und daraus resultierend einem geringen Serienwiderstand beispielsweise für eine Solarzelle auszeichnen. Die Bildung und die Eigenschaften von COSIMA-Kontakten ist beispielsweise beschrieben in H. Plagwitz et al.: „Low-temperature formation of local Al contacts to a-Si:H-passivated Si wafers”, Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 2004; 12: 47–54.Around the formation of such a good electrical contact continues to support, The manufacturing process can complement the step of tempering the aluminum layer at least 180 ° C, preferably at least 200 ° C, for example over more than 10 minutes, preferably more than 1 hour. The training of metal contacts using an aluminum layer, the one underneath Layer of amorphous silicon contacted and preferably according to annealed, has proved to be beneficial. Such Contacts are sometimes called "COSIMA" contacts (Contacts to a-Si: H passivated Si by means of annealing). Such contacts can by a constantly low contact resistance between the Aluminum and the amorphous silicon resulting in a small series resistance, for example, for a solar cell distinguished. For example, the formation and properties of COSIMA contacts are described in H. Plagwitz et al .: "Low-temperature formation of local Al contacts to a-Si: H-passivated Si wafers ", Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 2004; 12: 47-54.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Eigenschaften des zur Ablation verwendeten Laserlichts und die Eigenschaften der amorphen Siliziumschicht derart gewählt, dass beim lokalen Entfernen der Dielektrikumschicht in den Ablationsbereichen höchstens ein Teil der darunterliegenden amorphen Siliziumschicht mit entfernt wird, so dass wenigstens eine Restdicke der amorphen Siliziumschicht von wenigstens 1 nm, vorzugsweise 3 nm, vorzugsweise wenigstens 6 nm verbleibt. Hierzu kann beispielsweise die Dicke der ursprünglich abgeschiedenen amorphen Siliziumschicht entsprechend groß gewählt werden. Beispielsweise kann die amorphe Siliziumschicht mit einer Dicke von zwischen 1 nm und 100 nm, vorzugsweise zwischen 5 nm und 50 nm und stärker bevorzugt zwischen 10 nm und 30 nm abgeschieden werden. Die Dicke der amorphen Siliziumschicht kann dabei dick genug gewählt werden, damit selbst bei einer teilweisen Ablation der amorphen Siliziumschicht im Rahmen des lokalen Entfernens der Dielektrikumschicht eine ausreichend dicke restliche amorphe Siliziumschicht verbleibt. Diese verbleibende amorphe Siliziumschicht kann dazu dienen, dass mit einer nachfolgend über der amorphen Siliziumschicht abgeschiedenen Aluminiumschicht ein guter, insbesondere Ohm'scher Kontakt gebildet werden kann. Dabei wird derzeit davon ausgegangen, dass Silizium aus der amorphen Siliziumschicht während eines Temperschrittes in das Aluminium eingebaut wird, wodurch es in sehr zuverlässiger Weise zur Bildung eines Ohm'schen Kontaktes kommt. Außerdem kann die verbleibende amorphe Siliziumschicht auch in den von der Dielektrikumschicht befreiten Ablationsbereichen für eine gewisse Passivierung der Oberfläche des darunterliegenden Siliziumsubstrates sorgen. Andererseits sollte die Dicke der amorphen Siliziumschicht eine gewisse Obergrenze nicht überschreiten. Eine zu dicke amorphe Siliziumschicht könnte sich negativ auf die Eigenschaften des Halbleiterbauelementes auswirken. Beispielsweise könnte bei einer Solarzelle eine dicke amorphe Siliziumschicht zu einer übermäßigen Absorption eingestrahlten Lichts und damit zu einem Wirkungsgradverlust führen.According to one embodiment of the present invention, the properties of the laser light used for ablation and the properties of the amorphous silicon layer are selected such that at least a portion of the underlying amorphous silicon layer is removed during local removal of the dielectric layer in the ablation regions, so that at least one residual thickness of the amorphous silicon layer is removed Silicon layer of at least 1 nm, preferably 3 nm, preferably at least 6 nm remains. For this purpose, for example, the thickness of the originally deposited amorphous silicon layer can be selected to be correspondingly large. For example, the amorphous silicon layer may be deposited to a thickness of between 1 nm and 100 nm, preferably between 5 nm and 50 nm, and more preferably between 10 nm and 30 nm. The thickness of the amorphous silicon layer can be chosen to be thick enough so that even with a partial ablation of the amorphous silicon layer in the context of local removal of the dielectric layer remains a sufficiently thick residual amorphous silicon layer. This remaining amorphous silicon layer can serve to form a good, in particular ohmic, contact with an aluminum layer subsequently deposited over the amorphous silicon layer. It is currently assumed that silicon is incorporated from the amorphous silicon layer during an annealing step in the aluminum, whereby it comes in a very reliable way to form an ohmic contact. In addition, the remaining amorphous silicon layer can also ensure a certain passivation of the surface of the underlying silicon substrate in the ablation regions freed from the dielectric layer. On the other hand, the thickness of the amorphous silicon layer should not exceed a certain upper limit. Too thick an amorphous silicon layer could adversely affect the properties of the half affect the conductor component. For example, in a solar cell, a thick amorphous silicon layer could lead to excessive absorption of incident light and thus to a loss of efficiency.
Die Eigenschaften des zur Ablation verwendeten Laserlichts und die Eigenschaften der amorphen Siliziumschicht sollten auch dahingehend aneinander angepasst sein, dass es zu einer möglichst hohen Absorption des Laserlichts in der amorphen Siliziumschicht, vorzugsweise an der äußeren Oberfläche der amorphen Siliziumschicht kommt. Dadurch kann erreicht werden, dass die amorphe Siliziumschicht durch Bestrahlung mit dem Laserlicht lokal stark erhitzt und vorzugsweise Teile davon schlagartig verdampft werden, so dass eine darüber befindliche Dielektrikumschicht lokal „abgesprengt” wird. Die Eigenschaften des Laserlichts und die Eigenschaften der Dielektrikumschicht sollten dabei vorzugsweise derart abgestimmt sein, dass es allenfalls zu einer geringfügigen Absorption von Laserlicht in der Dielektrikumschicht kommt, so dass die Dielektrikumschicht kaum erhitzt und bestimmt nicht verdampft wird, sondern der überwiegende Anteil der Laserlichtleistung erst in der amorphen Siliziumschicht absorbiert wird.The Properties of the laser light used for ablation and the properties The amorphous silicon layer should also be against each other be adapted to the highest possible absorption of the Laser light in the amorphous silicon layer, preferably on the outer surface of the amorphous silicon layer comes. This can be achieved that the amorphous silicon layer by irradiation with the laser light heated locally and preferably parts of it is suddenly evaporated so be one about it located dielectric layer is locally "blasted" is. The properties of the laser light and the properties of the dielectric layer should preferably be tuned such that it at best to a slight Absorption of laser light in the dielectric layer comes, so that the dielectric layer is hardly heated and certainly not vaporized, but the vast one Share of the laser light power only in the amorphous silicon layer is absorbed.
Vorzugsweise wird das zur Ablation verwendete Laserlicht gepulst mit einer Pulsdauer von zwischen 1 ps und 100 ns, vorzugsweise zwischen 2 ps und 5 ns, stärker bevorzugt zwischen 5 ps und 200 ps, eingestrahlt. Einerseits kann es vorteilhaft sein, die Lichtpulse kurz genug zu wählen, dass es während eines Lichtpulses nicht zu einer wesentlichen Ausbreitung der eingetragenen Wärme kommt, sondern die eingetragene Laserlichtleistung vorzugsweise zu einer sofortigen Verdampfung des absorbierenden amorphen Siliziummaterials führt, ohne umliegende Bereiche wesentlich zu erwärmen. Andererseits kann es vorteilhaft sein, die Lichtpulse nicht zu kurz, das heißt kürzer als 1 ps oder insbesondere kürzer als 100 fs, zu wählen, um zu vermeiden, dass es zu nicht-linearen Lichtabsorptionseffekten kommt, die bei derart kurzen Pulsdauern, insbesondere mit den meist damit verbundenen hohen Leistungsdichten, auftreten können. Solche nicht-linearen Absorptionsphänomene könnten dazu führen, dass das Laserlicht nicht mehr vorzugsweise in der amorphen Siliziumschicht absorbiert wird, sondern auch in der darüberliegenden Dielektrikumschicht.Preferably For example, the laser light used for ablation is pulsed with a pulse duration of between 1 ps and 100 ns, preferably between 2 ps and 5 ns, stronger preferably between 5 ps and 200 ps, irradiated. On the one hand can it may be advantageous to choose the light pulses short enough that it while a light pulse does not cause a significant spread of the registered Heat comes but the registered laser light power preferably to a immediate evaporation of the absorbent amorphous silicon material leads, without significantly heating surrounding areas. On the other hand it can be advantageous, the light pulses are not too short, that is shorter than 1 ps or shorter in particular than 100 fs, to choose to avoid causing non-linear light absorption effects comes with such short pulse durations, especially with the most associated with high power densities, may occur. Such non-linear absorption phenomena could cause that the laser light is no longer preferably in the amorphous silicon layer is absorbed, but also in the overlying dielectric layer.
Vorzugsweise wird Laserlicht mit einer Wellenlänge von weniger als 450 nm, stärker bevorzugt weniger als 380 nm, das heißt mit einer Wellenlänge im blauen oder UV-Bereich, eingestrahlt. Solches kurzwelliges Licht wird durch die Dielektrikumschicht größtenteils transmittiert, aber in der amorphen Siliziumschicht stark absorbiert, so dass es zu einer starken lokalen Erhitzung schon direkt an der außen liegenden Oberfläche der amorphen Siliziumschicht kommen kann. Allerdings kann es auch bei Verwendung von längerwelligem Licht zu einer ausreichenden Absorption in der amorphen Siliziumschicht kommen, wobei es vorteilhaft sein kann, diese amorphe Siliziumschicht dann aufgrund der größeren Eindringtiefe des längerwelligen Lichtes mit einer größeren Dicke auszubilden.Preferably becomes laser light with a wavelength of less than 450 nm, stronger preferably less than 380 nm, that is with a wavelength in the blue or UV range, irradiated. Such short-wave light is transmitted through the dielectric layer mostly transmitted but strongly absorbed in the amorphous silicon layer, so that there is already a strong local heating right at the Outside lying surface the amorphous silicon layer can come. However, it can too when using longer-wave Light to a sufficient absorption in the amorphous silicon layer which may be advantageous, this amorphous silicon layer then due to the greater penetration depth the longer-wave Light with a greater thickness train.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die amorphe Siliziumschicht einen Wasserstoffgehalt auf, der zur Passivierung der Oberfläche des Siliziumsubstrates geeignet ist. Es ist bekannt, dass amorphe Siliziumschichten einen gewissen Anteil an darin eingelagertem atomarem oder molekularem Wasserstoff enthalten können. Solches amorphes Silizium wird häufig als a-Si:H bezeichnet. Der eingelagerte Wasserstoff kann zu freien Bindungen oder Störstellen innerhalb eines angrenzenden Siliziumsubstrates diffundieren und diese passivieren. Eine solche Diffusion kann durch ein Tempern bei erhöhten Temperaturen unterstützt werden. Es kann hierdurch eine Ladungsträgerlebensdauer in dem Siliziumsubstrat erheblich gesteigert werden.According to one another embodiment According to the present invention, the amorphous silicon layer has a Hydrogen content, which is used to passivate the surface of Silicon substrate is suitable. It is known that amorphous silicon layers a certain proportion of the atomic or molecular embedded therein Contain hydrogen. Such amorphous silicon becomes common as a-Si: H denotes. The stored hydrogen can be released Bonds or impurities diffuse within an adjacent silicon substrate and passivate them. Such diffusion can be achieved by annealing at elevated Temperatures supported become. It may thereby have a carrier lifetime in the silicon substrate be increased considerably.
Es wird angemerkt, dass das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ergänzend zu den bereits beschriebenen Herstellungsschritten noch weitere Herstellungsschritte umfassen kann und dass das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement ergänzend zu den beschriebenen Merkmalen bzw. Strukturen noch weitere Merkmale bzw. Strukturen aufweisen kann. Beispielsweise kann das Herstellungsverfahren noch weitere Reinigungsschritte, Diffusionsschritte, Hochtemperaturschritte, Annealschritte, Metallisierungsschritte, Passivierungsschritte, etc. aufweisen. Das Halbleiterbauelement kann ergänzend zusätzliche Schichten oder Strukturen, beispielsweise in Form von Dielektrikumschichten oder Metallschichten oder ähnliches aufweisen.It is noted that the manufacturing method of the invention in addition to the manufacturing steps already described further manufacturing steps may comprise and that the semiconductor device according to the invention in addition to the features described or structures even more features or structures may have. For example, the manufacturing process still further purification steps, diffusion steps, high-temperature steps, Anneal steps, metallization steps, passivation steps, etc. have. The semiconductor device can additionally additional Layers or structures, for example in the form of dielectric layers or metal layers or the like exhibit.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich.Further Features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of exemplary embodiments, which, however, should not be construed as limiting the invention, and with reference to the accompanying drawings.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.The Figures are merely schematic and not to scale.
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMDESCRIPTION OF A PREFERRED Embodiment
Mit
Bezug auf die
Auf
ein kristallines Siliziumsubstrat
Wie
in
Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „umfassen”, „aufweisen” etc. das Vorhandensein weiterer Elemente nicht ausschließen. Der Begriff „ein” schließt auch das Vorhandensein einer Mehrzahl von Gegenständen nicht aus. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen lediglich der besseren Lesbarkeit und sollen den Schutzbereich der Ansprüche in keiner Weise einschränken.Finally, it will It should be noted that the terms "comprising", "comprising" etc. include the presence of others Do not exclude elements. The term "one" also includes the presence of a plurality of objects is not enough. The reference numerals in the claims are only for better readability and should the scope of protection the claims restrict in any way.
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Legal Events
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R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20110316 |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: QIP PATENTANWAELTE, DR. KUEHN & PARTNER MBB, DE |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20141101 |