半導體元件金屬化方法及其應用的製作方法

2023-04-22 15:34:56

專利名稱：：半導體元件金屬化方法及其應用的製作方法半導體元件金屬化方法及其應用本發明涉及採用鋁金屬使半導體元件金屬化的方法。特別是在產品的加工成本佔主要地位時，例如基於矽的太陽能電池，採用本發明可以實現成本優勢。本發明還涉及該方法的應用，例如製造太陽能電池。當今，在極大程度下生產晶狀太陽能電池的情況下，後端接觸點通過摻雜包含網格印刷塗料的鋁金屬到矽材料中來實現。藉此，簡單地加熱該塗料到它的熔點以上，並且隨後形成一延伸的鋁金屬層，其確保後端金屬化的橫向傳導性。此外，鋁金屬和矽混合併形成一低共熔混合物，其改進了太陽能電池後端的電特性。該過程實際上提供了良好的電傳導性，但電學和光學特性僅是中等的。此外，例如由於隨後過程不全具有溫度穩定性的，那麼，當摻雜進塗料時，所需的熱負荷表示關於太陽能電池的進一步優化可能性的限制。如果首先使用絕緣介質層鈍化後端，則能夠實現光學和電學特性的重要改進，該絕緣介質由如氧化矽、氮化矽或非晶矽製成。隨後使用鋁金屬層使後端金屬化。正如標準的一樣，採用真空方法塗覆該層，如採用蒸發鍍膜或在這些方法中，重要的是，由於上述的真空出現了一些問題，在這方面真空應被理解為壓力小於1毫巴(mbar)。利用真空(如抽空加工室)的產品將擴展加工次數並導致高成本。另外，將在真空中釋放出的特殊物質不能在真空中進行塗覆。第三點，在真空中特別是在M^定位置沉積沉積層是不可能的，即會增加物質消耗且引起加工室的汙染，其將輪流引起對塗覆的元件的質量的損害。當使用一絕緣介質層，隨後鋁金屬層能夠通過多種方法與矽連接，尤其是通過一LFC方法。本發明的目的是使得在低加工溫度下採用鋁金屬塗覆一半導體表面的經濟快速的方法成為可能。該目的通過具有專利權利要求1的特徵的方法來實現。根據本發明的方法的應用在專利權利要求18中被指出。由此，各自的從屬權利要求表示有利的改進。根據本發明，提供了一種採用鋁金屬使半導體元件的至少一個表面至少部分金屬化的方法，其中a)使一鋁金屬薄片與該表面至少部分地直接接觸，以及b)隨後，通過能量作用來實現該鋁金屬到半導體元件的該表面的至少部分連接。通過適當的方法的幫助來實現該鋁金屬薄片(步驟a)的貼敷，其本質為採用該金屬薄片部分地直接接觸基片。由於可實現在基片上僅用有一金屬薄片的穿孔的方法而無需附屬裝置，該直接接觸是重要的。因此，該直接接觸是由摩擦而產生的和/或適當的形式的。從而，在一優選的實施例中，通過擠壓、鼓風和/或抽吸到該表面上來實現該鋁金屬薄片(步驟a)的貼敷。在一可選的有利的實施例中，通過沉積在該表面和該鋁金屬薄片之間的液態薄膜來實現該鋁金屬薄片(步驟a)的貼敷。因此，根據本發明，該液態薄膜的貼敷是否發生在金屬薄片已經被貼敷在被塗覆的該基片的表面上的情況下，或者是否預先實現基片和/或金屬薄片的溼潤，並且該金屬薄片在溼潤後被貼敷到基片上是不相關的。因此，一水膜和/或溶劑膜可被作該液態薄膜。該方法進一步地優選實施例提供了通過沉積在該表面和該鋁金屬薄片之間的犧牲層來實現該鋁金屬薄片(步驟a)的貼敷。因此，從包括非晶矽、絕緣介質層、金屬層、有機物質形成的層和/或這些物質形成的金屬薄片的組中優選該犧牲層。因此，；陂使用的犧牲層在方法步驟b中整個溶解在鋁金屬薄片中。在非晶矽的例子中，在大概400。C及以上的溫度下可實現在鋁金屬中的完全溶解。與液態薄膜類似的犧牲層可以位於鋁金屬薄片或元件的表面。根據本發明的方法，在半導體表面貼敷任意層厚的鋁金屬薄片理論上都是可能的，但是優選厚度為l|im~20|nm。此外，如果鋁金屬薄片在其尺寸上與將被金屬化的半導體元件的表面的尺寸相一致，是有優勢的。然而，此外作為一個選擇，鋁金屬薄片具有比將被金屬化的半導體元件的表面更大的尺寸同樣也是可能的。如果該鋁金屬薄片具有附加的金屬結構同樣是有利的。例如，代替同類的鋁金屬薄片，採用包含用於將分離的半導體元件彼此連接在一起的附加金屬帶狀物的金屬薄片。那麼為了能夠連接到其他半導體元件，這些帶狀物同時被附加到該金屬薄片，並且能夠突出形成半導體元件定界的邊緣。至此作為一個選擇，本領域技術人員公知的，用於分離的元件的電連接也能夠在加工前被放置在該鋁金屬薄片的下面，那麼，其裝置能夠被附加在基片上，在方法步驟b中，同時既在基片上又在金屬薄片上。根據特徵b)提供的該鋁金屬薄片的連接至少在該鋁金屬薄片與該表面直接接觸的區域內實現。通過雷射的作用，優選地實現該鋁金屬薄片到該表面的有效的連接(方法步驟b),該有效包括部分的和全部的表面。因此，適當的附著性連接可能以一簡單的方式完成。從而，引導雷射輻射至上述金屬薄片，且暫時地極大程度地加熱後者，以致或者採用基片或者採用位於中間的犧牲層來《1起局部熔化。從而雷射輻射被引導到上述金屬薄片並極大地暫時加熱後者以致導致基片上或位於中間的犧牲層的局部熔融。雷射同樣可以在規定的結構之上傳播，例如在金屬薄片上的布圖上金屬帶狀物和點狀結構據此被製成。因此，雷射不受任何特定的限制，但是雷射發射一波長的輻射且確保具有至少使金屬薄片部分熔融的光強是至關重要的。由此，尤其紅外雷射可被使用。然而，根據本發明的能量作用不唯一地限制在雷射加工，而是任何具有期望的效果的其他適當的實施例同樣適用。例如，鋁金屬薄片的照射也能夠由足夠強烈的非相干紅外輻射來實現。如果一太陽能電池被用作半導體元件，該方法是普遍適用的。因此，如果將該金屬化作為後端接觸點形成在太陽能電池上，是優選的。下面根據實例對本發明進行詳細說明，而不希望將本發明限制在複製的具體實施例上。為了這個目的，在適當的方法的幫助下，採用該鋁金屬薄片與基片直接接觸。由於可實現在基片上僅用有一金屬薄片的穿孔的方法而無需附屬裝置，該直接的接觸是重要的。用來直接接觸的適當的方法如機壓成型、鼓風和/或抽吸。此外，因為在該基片和該金屬薄片之間採用了幾滴液體，可以使該金屬薄片附加在基片上-，並且這些幾乎可以全部消除。第三種可能是使用附加的犧牲層，該犧牲層在鋁金屬薄片的貼敷之後的附加加工步驟中被溶解。為了這個目的，使用在溫度在400°C以上完全溶解在鋁金屬中的非晶矽。在先前的實現測試中，通過真空抽吸將鋁金屬薄片附加在樣品上。為了這個目的，該金屬薄片包圍著邊緣放置在樣品上，並且樣品和金屬薄片都在加工臺上被真空裝置安全地抽吸。該工藝導致位於中間的空氣全部被排除，並且金屬薄片位於該樣品的整個表面。作為最後一步，鋁金屬薄片在雷射輻射的幫助下以這樣的一種方式連接到基片，該方式可產生易吸附連接。引導雷射輻射至上述金屬薄片，且暫時地極大程度地加熱後者，以致或者採用基片或者採用位於中間的犧牲層來引起局部熔化。雷射可以在金屬薄片的多種布圖上傳播金屬薄片被加工在整個表面之上或者僅部分表面之上。據此，帶狀物和點狀結構都能夠被製造。有幾種相對基片適合放置金屬薄片的可能性。一方面，金屬薄片能夠放置在與基片相應大小的基片的精確位置上。因此，整個表面以及部分表面將被金屬化。另一種可能是放置金屬薄片在超出基片邊緣的重要的比基片表面更大的表面區域。這裡也是金屬薄片的全部附加裝置或部分附加裝置到基片都可能。在最後的雷射步驟中，那麼金屬薄片能夠通過修改雷射參數被削減至基片大小或任意形狀。一方面，能夠實現通過雷射剪切使金屬薄片的易吸附端在基片的邊緣，另一方面，突出基片邊緣的金屬薄片能夠被切掉。那麼這些金屬薄片指示物能夠被處理掉。根據本發明，參考下面的實例和圖1的說明，事實的更多細節是清楚的，而不被限制在根據本發明在實例中提到的具體實施例上。實例具有20x20mm2大小而沒有區熔單晶的前端結構的上述描述的太陽能電池通過電流-電壓測試組件來測量，以測量亮度特性線。太陽能電池的結構包括250pm厚的矽晶片，其在前端採用具有一發射層(用於太陽能電池的p-n結的產生)、一增透塗層和一前端金屬化的結構。由於這些用適當的材料和工藝控制使能的高效率，這種類型的結構也稱為高效結構。在這些結構中，為了除去任何破裂影響且因此能夠更加清楚地區分在試驗中使用的多種變量，可能的洩露通道儘可能地被抑制。根據本發明，在後端應用一絕緣介質塗層，在其上應用商業可利用的鋁金屬薄片(例如來自超級市場的厚度大約為14拜)。因此，該鋁金屬薄片通過抽吸裝置的幫助被固定於後端且通過在點上的雷射輻射附著。確定如下表格中的用來描述太陽能電池質量的參數。tableseeoriginaldocumentpage8在圖1中，示出本發明該金屬化的太陽能電池的一反射曲線，其由一反射測試組件確定。因此樣品被照亮且採用烏而伯利特球形光度計(Ulbrichtglobe)的幫助，反射率作為一波長的函數被測量。與參考太陽能電池(例如沒有根據本發明的方法製造的太陽能電池)相比豐支，在波長大於1000nm範圍內，後端的實際上等同的良好反射能夠被看到。然而，由於這裡矽的吸收長度比太陽能電池的厚度小，這些波長範圍幾乎不適用於電子的釋放。對於與當前產品相關的波長範圍，(即小於1000nm),不能在參考太陽能電池和本發明塗層的太陽能電池之間探測到反射角度的不同。因此，通過一重要的、簡單的方法控制，提供了一種塗覆有類等效反射角的後端。權利要求1、一種採用鋁金屬使半導體元件的至少一個表面至少部分金屬化的方法，其中a)使一鋁金屬薄片與該表面至少部分地直接接觸，以及b)隨後，通過能量作用來實現該鋁金屬到半導體元件的該表面的至少部分連接。2、根據權利要求1所述的方法，其中通過對該鋁金屬薄片進行擠壓、鼓風和/或抽吸到該表面上來實現該鋁金屬薄片(步驟a)的貼敷。3、根據權利要求1所述的方法，其中通過沉積在該表面和該鋁金屬薄片之間的液態薄膜來實現該鋁金屬薄片(步驟a)的貼敷。4、衝艮據權利要求3所述的方法，其中一水膜和/或溶劑膜被用作該液態薄膜。5、根據權利要求1所述的方法，其中通過沉積在該表面和該鋁金屬薄片之間的犧牲層來實現該鋁金屬薄片(步驟a)的貼敷。6、根據權利要求5所述的方法，其中非晶矽、絕緣介質層、金屬層、有機物質形成的層和/或這些物質形成的金屬薄片被用作該犧牲層。7、根據權利要求1-6任一所述的方法，其中該鋁金屬薄片具有1,~20pm的厚度。8、根據權利要求l-7任一所述的方法，其中該鋁金屬薄片在其尺寸上與將被金屬化的半導體元件的表面的尺寸相一致。9、根據權利要求l-7任一所述的方法，其中該鋁金屬薄片具有比將被金屬化的半導體元件的表面更大的尺寸。10、根據權利要求l-9任一所述的方法，其中該鋁金屬薄片具有附加的金屬結構。11、根據權利要求IO所述的方法，其中以在鋁金屬薄片中的金屬帶狀物的形式形成該附加結構。12、根據權利要求10或11所述的方法，其中該金屬結構如此形成以使其能夠被用於連接另外的半導體元件。13、根據權利要求l-12任一所述的方法，其中通過雷射的作用，實現該鋁金屬薄片到該表面的至少部分連接(方法步驟b)。14、根據權利要求13所述的方法，其中該雷射在指定的結構之上傳播。15、根據權利要求14或15所述的方法，其中利用該雷射製成帶狀物和/或點狀結構。16、根據權利要求l-15任一所述的方法，其中一太陽能電池被用作半導體元件。17、根據權利要求16所述的方法，其中對該太陽能電池金屬化，用作後端接觸點。18、一種根據權利要求l-17任一所述方法的應用，用於金屬化太陽能電池。19、根據權利要求18所述的應用，用作在該太陽能電池上的後端接觸點。全文摘要本發明公開了一種採用鋁金屬使半導體元件金屬化的方法。特別是在產品的加工成本佔主要地位時，例如基於矽的太陽能電池，採用本發明可以實現成本優勢。本發明還涉及該方法的應用，例如製造太陽能電池。文檔編號H01L31/0224GK101529601SQ200780034994公開日2009年9月9日申請日期2007年9月24日優先權日2006年9月22日發明者奧利弗·舒爾茨-維特曼,安德烈亞斯·格羅厄,揚-弗雷德裡克·內卡爾達申請人:弗蘭霍菲爾運輸應用研究公司