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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Struktur aus
einem Strukturmaterial auf ein Halbleiterbauelement gemäß Anspruch
1, sowie eine Halbleiterschichtstruktur gemäß Anspruch
15.
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Verfahren
gemäß des Oberbegriffes von Anspruch 1 werden
typischerweise in der Halbleitertechnologie eingesetzt, um dünne
Metallisierungsstrukturen auf ein Halbleiterbauelement aufzubringen.
So ist es beispielsweise bekannt, eine Metallstruktur auf einen
Siliziumwafer aufzubringen, in dem zunächst ein photosensitiver
Lack auf den Siliziumwafer aufgebracht wird. Der photosensitive
Lack wird anschließend über eine Belichtungsmaske
belichtet, sodass die Bereiche des photosensitiven Lackes auf den
Siliziumwafer belichtet werden, an denen sich später Metall
auf der Oberfläche befinden soll. Nach der Belichtung wird
der Lack entwickelt, so dass die belichteten Bereiche des Lackes
entfernt werden.
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Im
nächsten Schritt wird nun ganzflächig ein Metallfilm
aufgetragen, sodass der Metallfilm zum einen auf dem verbliebenen
Lack aufliegt und zum anderen in den Bereichen, in denen der Lack
wieder entfernt wurde, der Metallfilm auf den Siliziumwafer aufgebracht
wird.
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Schließlich
wird mittels Lösungsmitteln auch der verbleibende Lack
entfernt, sodass bei diesem Schritt auch der Metallfilm in den Bereichen,
in denen er auf dem Lack aufliegt, mit entfernt wird.
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Im
Ergebnis verbleibt auf dem Siliziumwafer eine vorgegebene Metallstruktur.
Das vorhergehend beschriebene Verfahren ist auch als „Lift-Off-Verfahren"
bekannt.
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Wesentlich
bei diesem Verfahren ist, dass das Lösemittel durch den
Metallfilm hindurch zu dem unter dem Metallfilm liegenden Lack gelangen
muss, um diesen abzulösen. Hierfür sind entweder
lange Prozesszeiten für den Ablösevorgang notwendig,
damit das Lösemittel über kleine Poren durch den
Metallfilm dringen kann oder seitlich den Lack in manchen Bereichen
ablösen kann, sodass der Ablöseprozess sich schließlich
auf die gesamten mit Lack bedeckten Bereiche fortsetzt.
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Ebenso
ist aus der
US 3,934,057 bekannt, ein
zweistufiges Lackbeschichtungsverfahren durchzuführen,
sodass der Metallfilm nach dem Aufbringen nicht flächig
verbunden ist, sondern die Bereiche, in denen der Metallfilm auf
dem Lack aufliegt und die Bereiche, in denen der Metallfilm direkt
auf dem Siliziumwafer aufliegt, durch Lücken voneinander
getrennt sind. Auf diese Weise kann das Lösemittel durch
die genannten Lücken zu dem Lack gelangen.
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Dieses
Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass ein kosten- und zeitaufwendiger
mindestens zweistufiger Lackbeschichtungsschritt notwendig ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren
zum Aufbringen einer vorgegebenen Struktur aus einem Strukturmaterial
auf ein Halbleiterbauelement zu verbessern, sodass insbesondere
die Prozesszeiten verringert werden können und außerdem
Kosten eingespart werden. Weiterhin soll durch das erfindungsgemäße
Verfahren eine geringere Anforderung an die zu verwendenden Lösemittel
zum Ablösen des Lackes gestellt werden und an die Mittel,
aus denen die Maskierungsschicht gebildet ist, sodass zum einen
Kosten eingespart werden können und zum anderen eine Verringerung
der Umweltbelastung durch die Prozessabfallprodukte möglich
ist.
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Gelöst
ist diese Aufgabe durch ein erfindungsgemäßes
Verfahren gemäß Anspruch 1, sowie durch eine Halbleiterschichtstruktur
gemäß Anspruch 15. Vor teilhafte Ausgestaltungen
des Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 14.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist somit zum Aufbringen
einer Struktur aus einem Strukturmaterial auf ein Halbleiterbauelement
geeignet. Dies umfasst das vorhergehend beschriebene Aufbringen einer
Metallstruktur auf ein Halbleiterbauelement, ebenso sind jedoch
beliebige weitere Strukturen aus beliebigen weiteren Strukturmaterialien
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf das
Halbleiterbauelement aufbringbar.
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Bei
der Herstellung der Struktur wird zunächst in einem Schritt
A eine Oberfläche des Halbleiterbauelementes teilweise
mittels einer Maskierungsschicht bedeckt, so dass die Bereiche ausgespart
werden, an denen sich nach Abschluss des Verfahrens das Strukturmaterial
auf der Oberfläche des Halbleiterbauelementes befinden
soll. Anschließend wird in einem Schritt B ein Film des
Strukturmaterials aufgebracht, sodass das Strukturmaterial zum einen
die Maskierungsschicht bedeckt und zum anderen in den von der Maskierungsschicht
ausgesparten Bereichen die Oberfläche des Halbleiterbauelementes
bedeckt.
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In
einem Verfahrensschritt C wird wie vorhergehend beschrieben ein „Lift-Off"
durchgeführt, das heißt die Maskierungsschicht
wird abgelöst, sodass auch das sich auf der Maskierungsschicht
befindende Strukturmaterial ebenfalls mit abgelöst wird.
Im Ergebnis verbleibt Strukturmaterial in den vorgegebenen, von
der Maskierungsschicht ausgesparten Bereichen auf der Oberfläche
des Halbleiterbauelementes.
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Wesentlich
ist, dass zwischen den Verfahrensschritten B und C in einem Verfahrensschritt
B2 der Film aus Strukturmaterial teilweise entfernt wird. Es werden
somit vor dem Ablösen der Maskierungsschicht Öffnungen
in dem Film aus Strukturmaterial erzeugt. Dadurch ist es möglich,
dass das Lösemittel, welches in Schritt C die Maskierungsschicht
ablöst, durch die in Verfahrensschritt B2 erzeugten Öffnungen
durch den Film aus Strukturmaterial hindurch zu der Maskierungsschicht
gelangt, sodass der Ablösevorgang in Gang gesetzt wird.
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Auf
diese Weise kann eine erhebliche Beschleunigung des Verfahrensschrittes
C erzielt werden, da durch die in Verfahrensschritt B2 erzielten Öffnungen
sofort der Ablösevorgang initiiert wird. Ebenso kann auf
aufwendige und kostenintensive Verfahren verzichtet werden, welche – wie
im Einleitungsteil beschrieben – die Maskierungsschicht
derart modifizieren, dass kein geschlossener Metallfilm entsteht.
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Es
ist somit eine Beschleunigung des Prozesses bei gleichzeitiger Kosteneinsparung
möglich.
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Vorteilhafterweise
wird in dem Verfahrensschritt B2 bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren das Strukturmaterial in den Bereichen teilweise entfernt,
in denen der Film auf die Maskierungsschicht aufgebracht wurde.
Hierdurch kann in Verfahrensschritt C das Lösemittel direkt
durch die entstandenen freien Bereiche zu der Maskierungsschicht
gelangen und den Ablösevorgang initiieren.
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Vorteilhafterweise
wird in dem Verfahrensschritt B2 der Film aus Strukturmaterial perforiert,
das heißt an mehreren, in etwa regelmäßig
angeordneten Perforationspunkten durchlocht. Hierbei ist es insbesondere
vorteilhaft, wenn die Perforation derart gewählt ist, das
heißt die einzelnen Durchlochungen derart angeordnet sind,
dass ein vorgegebener Maximalabstand zwischen zwei Durchlochungen
nicht überschritten wird. Dadurch ist gewährleistet,
dass jeder Punkt der Maskierungsschicht um maximal den vorgegebenen
Maximalabstand von einem Durchlochung entfernt ist, das heißt
von einem Bereich, in dem der Film aus Strukturmaterial entfernt
wurde und das Lösemittel unmittelbar an der Maskierungsschicht
angreift. Hierdurch ist auch die Zeitdauer begrenzt, die im Ablösevorgang
benötigt wird, da der Ablösevorgang maximal um
den vorgegebenen Maximalabstand zwischen zwei Perforationspunkten vordringen
muss.
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Untersuchungen
der Anmelderin haben ergeben, dass vorzugsweise die Durchlochung
maximal um 5000 μm, insbesondere höchstens um
1000 μm, höchst insbesondere höchstens
um 500 μm beabstandet sind.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens, wird
der Film aus Strukturmaterial in Verfahrensschritt B2 entlang von
mindestens einer vorgegebenen Linie zumindest perforiert.
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Ebenso
ist es denkbar, den Film aus Strukturmaterial vollständig
entlang der vorgegebenen Linie zu entfernen. Bei der vollständigen
Entfernung des Strukturmaterials entlang der Linien ergibt sich der
Vorteil, dass bei evtl. unerwünscht auf dem Halbleiterbauelement
verbleibendem Strukturmaterial außerhalb der ausgesparten
Bereiche der Maskierungsschicht aufgrund der Linien eine Trennung
zwischen diesem Strukturmaterial und dem in den ausgesparten Bereichen
verbleibenden Strukturmaterial gegeben ist. Hierdurch ist beispielsweise
bei einer Metallisierung kein elektrischer Kontakt zwischen einer
Metallstruktur in den ausgesparten Bereichen und unerwünschterweise
verbliebenen Metallresten außerhalb dieser Bereiche gegeben
und Kurzschlüsse können verhindert werden.
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Die
Linien sind vorteilhafter Weise derart vorgegeben, dass sie den
ausgesparten Bereichen folgen, d. h. in etwa die Form und den Verlauf
der Ränder der ausgesparten Bereiche aufweisen.
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Hierdurch
ist es möglich, die vorgegebenen Linien in der Nähe
der Ränder der von der Maskierungsschicht ausgesparten
Bereiche vorzugeben, sodass insbesondere entlang der nach Abschluss des
Verfahrens auf der Oberfläche des Halbleiterbauelementes
verbleibenden Struktur ein definierter Ablösevorgang initiiert
werden kann.
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Hierzu
ist es insbesondere vorteilhaft, wenn zu mindestens zwei Seiten
der vorgegebenen Struktur eine Linie wie vorhergehend beschrieben
vorgegeben wird, entlang derer der Film aus Strukturmaterial perforiert
wird, oder gänzlich entfernt wird. Ein gänzliches
Entfernen kann z. B. mittels eines gepulsten Lasers erfolgen, in
dem eine Überlappung der durch die Laserpulse entfernten
Bereiche vorgenommen wird.
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Vorteilhafterweise
weist die vorgegebene Linie zu der vorgegebenen Struktur, d. h.
zu den Rändern der ausgesparten Bereiche einen im Wesentlichen
konstanten Abstand auf. Dies hat folgenden Hintergrund:
Wie
vorhergehend beschrieben verbleibt in den von der Maskierungsschicht
ausgesparten Bereichen das Strukturmaterial auf der Oberfläche
des Halbleiterbauelementes. An den Rändern der ausgesparten Bereiche
reißt somit beim Ablösen der Maskierungsschicht
der Film aus Strukturmaterial ab, denn zum einen bleibt Strukturmaterial
in den ausgesparten Bereichen auf der Oberfläche des Halbleiterbauelementes
und zum anderen wird das Strukturmaterial, das sich auf der Maskierungsschicht
befindet, mit abgelöst.
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Durch
die Perforierung oder das komplette Entfernen des Strukturmaterials
entlang einer vorgegebenen Linie, welche entlang der ausgesparten
Bereiche verläuft, kann somit ein definierter Ansatzpunkt
für den Abreißvorgang vorgegeben werden, so dass
die Kräfte, welche auf das auf der Oberfläche des
Halbleiterbauelementes verbleibende Strukturmaterial wirken, verringert
werden und ein unerwünschtes Abreißen des Strukturmaterials
in den ausgesparten Bereichen verhindert werden kann.
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Untersuchungen
der Anmelderin haben ergeben, dass vorteilhafter Weise die vorgegebenen
Linien in etwa auf den Rändern der ausgesparten Bereiche
liegen, d. h. der Abstand der vorgegebenen Linie zu den Rändern
der ausgesparten Bereiche in etwa 0 ist. Hierdurch werden Kräfte
auf das auf dem Halbleiterelement verbleibende Strukturmaterial beim
Ablösevorgang vermieden und ein unerwünschtes
Abreißen des Strukturmaterials aus den ausgesparten Bereichen
kann verhindert werden.
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Durch
die Vorgabe der Linie in etwa auf den Rändern der ausgesparten
Bereiche ergibt sich ebenfalls ein weiterer wesentlicher Vorteil:
Damit
das vorhergehend beschriebene Abreißen des Films aus Strukturmaterial
stattfindet, ist eine auf den Film einwirkende Mindestkraft notwendig.
Die auf den Film an den Rändern der ausgesparten Bereiche einwirkende
Kraft hängt hierbei auch von der Größe des
mittels des Lösungsmittels abgelösten Berei ches des
Films ab: Je größer der abgelöste Bereich,
desto größer die Kraft, die auf den Film an den
Rändern der ausgesparten Bereiche einwirkt. Bei kleinen
Abständen der vorgegebenen Linie zu den Rändern
der ausgesparten Bereiche ist es möglich, dass der Film
aufgrund zu geringer einwirkender Kräfte nicht abreißt und
somit ein Teil des Films aus Strukturmaterial außerhalb
der ausgesparten Bereiche nicht abgelöst wird.
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Um
Justierungsungenauigkeiten bei der Entfernung des Strukturmaterials
in Verfahrensschritt B2 zu berücksichtigen ist es vorteilhaft,
wenn der Abstand im Bereich 10 μm bis 20 μm liegt,
so dass auch bei Justierungsungenauigkeiten kein Strukturmaterial
in den ausgesparten Bereichen entfernt wird.
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Sofern
ein guter mechanischer Kontakt, d. h. ein gutes Anhaften zwischen
Strukturmaterial und Oberfläche des Halbleiterbauelementes
besteht kann der Ablöseprozess in Verfahrensschritt C dadurch
nochmals beschleunigt werden, dass die vorgegebenen Linien einen
größeren Abstand, d. h. mindestens einen vorgegebenen
Abstand zu den Rändern der ausgesparten Bereiche aufweisen,
da in diesem Fall der Ablösevorgang ausgehend von den vorgegebenen
Linien sowohl in Richtung der Ränder der ausgesparten Bereiche,
als auch in Gegenrichtung initiiert wird.
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Ein
weiterer Vorteil solch eines vorgegebenen Mindestabstandes ist,
dass hierdurch genügend große Kräfte
auf den Film aus Strukturmaterial an den Rändern der ausgesparten
Bereiche entstehen, so dass ein Abreißen stattfindet und
unerwünscht auf dem Halbleitbauelement verbleibende Filmreste
aufgrund zu geringer einwirkender Kräfte wie vorhergehend
beschrieben vermieden werden. Um ein Abreißen sicherzustellen
ist es somit vorteilhaft, entweder die vorgegebene Linie in etwa
auf den Rändern der ausgesparten Bereiche vorzugeben oder
einen Mindestabstand zu diesen Rändern einzuhalten.
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Untersuchungen
der Anmelderin haben ergeben, dass hierbei ein Abstand von mindestens
100 μm, insbesondere von etwa 500 μm vorteilhaft
ist.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn zumindest auf zwei Seiten eines ausgesparten
Bereiches der Film aus Strukturmaterial entlang einer Linie perforiert
oder gänzlich entfernt wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird der gesamte Film aus Strukturmaterial in Verfahrensschritt
B2 mit einer rasterartigen Perforation versehen. Hierbei werden
vorteilhafterweise die nicht von der Maskierungsschicht bedeckten
Bereiche ausgespart, so dass der Film aus Strukturmaterial in den
Bereichen nicht durchlocht wird, in denen die Struktur auf dem Halbleiterbauelement
erzeugt werden soll. Diese Rasterartige Perforation führt
zu einer Vielzahl von Angriffspunkten für das Lösemittel
an der Maskierungsschicht, so dass eine optimale Beschleunigung des
Ablöseprozesses in Verfahrensschritt C erreicht wird.
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Das
teilweise Entfernen des Films aus Strukturmaterial in Verfahrensschritt
B2 kann vorteilhafterweise mechanisch erfolgen. Dies ist beispielsweise durch
ein Ritzen mit spitzen oder messerartigen Vorrichtungen denkbar,
ebenso ist auch ein Fräsen oder ein Schneiden mittels eines
rotierenden Schneidblattes möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist es jedoch, wenn in Verfahrensschritt B2 der Film
aus Strukturmaterial mittels lokaler Einwirkung von Strahlung teilweise entfernt
wird. Versuche der Anmelderin haben ergeben, dass insbesondere ein
teilweises Entfernen des Filmes mittels eines Lasers vorteilhaft
ist. Denn hierfür sind Vorrichtungen bekannt, welche eine
exakte Positionierung des Laserstrahls relativ zu dem Halbleiterbauelement
und ebenso einen schnellen Wechsel zwischen mehreren Punkten auf
der Oberfläche des Halbleiterbauelementes ermöglichen,
beispielsweise durch die Verwendung von Drehspiegeln im Strahlengang
des Laserstrahls. Hierdurch kann in kürzester Zeit der
Film aus Strukturmaterial an einer großen Anzahl von Punkten
perforiert werden, insbesondere durch Verdampfen des Strukturmaterials mittels
des Laserstrahls.
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Durch
die Verwendung eines Lasers findet auch keine Abnützung
eines Fräskopfes oder Schneidblattes statt, sodass entsprechende
Wartungsarbeiten entfallen.
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Bei
dem teilweisen Entfernen des Films aus Strukturmaterial in Verfahrensschritt
B2 ist dieser Entfernungsvorgang derart zu wählen, dass
das Halbleiterbauelement nicht beeinträchtigt wird, insbesondere,
dass die elektrischen Eigenschaften des Halbleiterbauelementes nicht
beispielsweise durch Einbringen von Störstellen in der
Halbleiterstruktur verändert und beeinträchtigt
werden.
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Hierbei
ist es vorteilhaft, wenn die Energie der Bestrahlung zum Entfernen
des Films aus Strukturmaterial und die Dicke der Maskierungsschicht eine
vorgegebene Mindestdicke aufweist, so dass der Laserstrahl zwar
möglicherweise eine Veränderung der Maskierungsschicht,
jedoch keine Änderung des unter der Maskierungsschicht
liegenden Halbleiterbauelementes bewirkt.
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Untersuchungen
der Anmelderin haben ergeben, dass für die Herstellung
einer Metallisierungsstruktur eine Dicke der Maskierungsschicht
von mindestens 1 μm, insbesondere mindestens 5 μm, höchstinsbesondere
10 μm, im Weiteren insbesondere im Bereich von 20 μm
bis 40 μm bei der Verwendung eines Lasers zur Öffnung
des Metallfilms vorteilhaft ist.
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Das
teilweise Bedecken der Oberfläche des Halbleiters mit der
Maskierungsschicht in Verfahrensschritt A kann durch ein an sich
bekanntes Fotolithographieverfahren erfolgen:
Hierzu wird zunächst
in einem Verfahrensschritt A1 die Oberfläche des Halbleiterbauelementes
mit einem photosensitiven Lack bedeckt.
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Anschließend
wird der photosensitive Lack in einem Verfahrensschritt A2 in den
Bereichen belichtet, in denen die Oberfläche des Halbleiterbauelementes
mit dem Strukturmaterial bedeckt werden soll.
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Danach
wird in einem Verfahrensschritt A3 der photosensitive Lack entwickelt,
sodass lediglich die belichteten Bereiche des photosensitiven Lacks von
der Oberfläche des Halbleiterbauelementes entfernt werden.
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Alternativ
ist auch die Verwendung eines so genannten „Negativ-Lackes"
denkbar, das heißt ein Lack, bei dem die nicht belichteten
Bereiche bei der Entwicklung abgelöst werden. Entsprechend
müssen in diesem Fall die Bereiche der Oberfläche
des Halbleiterbauelementes nicht belichtet werden, in denen eine
Bedeckung durch das Strukturmaterial erwünscht ist.
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Insbesondere
bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Metallisierung von Solarzellen ist es jedoch vorteilhaft, wenn
die Maskierungsschicht in Verfahrensschritt A mittels an sich bekannter
Siebdruckverfahren oder mittels an sich bekannter Inkjet-Verfahren
auf das Halbleiterbauelement, das heißt in diesem Fall
auf den Solarzellen-Wafer aufgebracht wird. Eine Übersicht über
die Technik der Inkjet-Druckverfahren findet sich in J. Heinzl,
C. H. Hertz, „Ink-Jet Printing", Advances in Electronics
and Electron Physics, Vol. 65 (1985), pp. 91–112.
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Diese
Verfahren stellen besonders kostengünstige Herstellungsmethoden
dar, welche in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen
teilweisen Entfernen des Films aus Strukturmaterial, insbesondere unter
Verwendung eines Lasers, zu einer weiteren Kostenreduzierung bei
der Herstellung der Solarzelle beitragen.
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Wie
eingangs beschrieben, ist bei bekannten Verfahren häufig
eine lange Einwirkungsdauer in Verfahrensschritt C zum Ablösen
der Maskierungsschicht durch das Lösemittel notwendig.
Daher muss bei bekannten Verfahren auf hochwertige und damit kostenintensive
Lösungsmittel zurückgegriffen werden, welche auch
bei langen Einwirkzeiten den Film aus Strukturmaterial, das heißt
insbesondere einen Metallfilm nicht angreifen.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nur
eine geringere Einwirkzeit des Lösemittels zum Ablösen
der Maskierungsschicht notwendig, sodass auch auf kostengünstige
Lösungsmittel, welche bei langen Einwirkzeiten das Halbleiterbauelement und/oder
den Metallfilm beeinträchtigen würden, zurückgegriffen
werden kann und darüber hinaus umweltverträgliche
Lösungsmittel verwendet werden können.
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Insbesondere
ist die Verwendung von alkalischen Lösemitteln, wie schwach
konzentrierte Kalilauge (z. B. auf 3% verdünnte KOH-Lauge)
vorteilhaft.
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Weiterhin
kann vorteilhafterweise ein dibasischer Ester verwendet werden,
wie z. B. von LEMRO, Chemieprodukte, Michael Mrozyk KG, D-41515 Grevenbroich
unter der Bezeichnung „DBE" angeboten. Hier ergibt sich
der zusätzliche Vorteil, dass ein Metallfilm durch den
dibasischen Ester nicht angegriffen wird.
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Weiterhin
kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein typischer
Abdecklack für die mittels Siebdruck- oder Inkjet-Verfahren
aufgebrachte Maskierungsschicht verwendet werden, insbesondere der
von den Lackwerken Peters GmbH+Co KG, D-47906 unter der Bezeichnung „SD
2154E" angebotenen Abdecklack. Dieser kann mittels des zuvor beschriebenen „DBE"
gelöst werden.
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Eine
weitere Möglichkeit ist die Verwendung des Lackes mit der
Bezeichnung „SD 2042AL" desselben Anbieters, welcher mittels
KOH-Lauge gelöst werden kann.
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Bei
der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung einer Metallisierungsstruktur auf einem Halbleiterbauelement
ist es insbesondere vorteilhaft, wenn in Verfahrensschritt B das
Metall mittels Verdampfen oder Sputtern aufgebracht wird.
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Ein
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Herstellung einer Metallisierungsstruktur auf einer
Solarzelle und
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2 eine
Draufsicht auf eine Solarzelle mit einer Metallisierungsstruktur,
wobei durch Punkte angegeben ist, an welchen Stellen eine Perforation
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt.
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Wie
vorhergehend beschrieben, eignet sich das erfindungsgemäße
Verfahren insbesondere dazu, eine Metallisierungsstruktur auf eine
Solarzelle aufzubrin gen. Ein solches Verfahren ist in 1 dargestellt.
Dabei ist in Teilbild a) ein Halbleiterbauelement dargestellt, welches
als Solarzelle 1 ausgeführt ist, welche in diesem
Beispiel aus einem Siliziumwafer mit entsprechenden Dotierungen
zur Erzeugung eines pn-Überganges besteht. Die Darstellung
in Teilbild a) stellt ein Verfahrensstadium dar, in dem eine dielektrische
Schicht 2 bereits mittels einer Maskierungsschicht 3 strukturiert
wurde:
Auf die Solarzelle 1 wurde ganzflächig
eine dielektrische Schicht 2 aufgebracht und auf diese
mittels Siebdruck eine Maskierungsschicht 3 aufgedruckt, welche
die Bereiche ausspart, in denen eine Metallisierung der Solarzelle
erwünscht ist. Die Maskierungsschicht 3 besteht
aus dem vorhergehend genannten Lack „SD 2154 E", das heißt
die Maskierungsschicht stellt einen Ätz-Resist dar und
wird durch ätzende Substanzen nicht angegriffen. Durch einen Ätzschritt
kann somit die dielektrische Schicht 2 in den Bereichen
abgeätzt werden, die von der Maskierungsschicht 3 ausgespart
sind. Die Maskierungsschicht 3 besitzt eine Dicke im Bereich
von 20 μm bis 40 μm.
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Wie
in 1, Teilbild b) dargestellt, wird anschließend
ganzflächig ein Film aus Strukturmaterial aufgebracht,
der in diesem Fall als Metallfilm 4 realisiert ist. Der
Metallfilm 4 wurde in bekannter Weise mittels Aufdampfen
aufgebracht und besteht aus mehreren Schichten: Zunächst
wird ein Aluminiumschicht mit etwa 300 nm Dicke aufgedampft, anschließend
eine etwa 30 nm dicke Schicht Titan und eine etwa 100 nm dicke Schicht
Silber. Hierdurch ist zum einen ein guter elektrischer und mechanischer Kontakt
zwischen Metallstruktur und Halbleiter und zum einen ein niedriger
ohmscher Querleitungswiderstand der Metallstruktur gewährleistet.
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Wie
in Teilbild b) ersichtlich, bedeckt der Metallfilm 4 somit
zum einen die Maskierungsschicht 3 und zum anderen die
Solarzelle 1 in den von der Maskierungsschicht 3 ausgesparten
Bereichen.
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In
einem weiteren Schritt wird nun mittels Laserstrahlen 7, 7' eine
Perforation des Metallfilms 4 durchgeführt, siehe 1,
Teilbild c). Das Ergebnis ist in Teilbild d) dargestellt:
Durch
den Energieeintrag der Laserstrahlen 7 wurde lokal die
Metallisierungsschicht 4 an einzelnen Punkten 8, 8' verdampft.
Hierbei sind die Dicke der Maskierungsschicht 3 und die
Intensität der Laserstrahlen 7, 7' derart
gewählt, dass zum einen der Metallfilm 4 in den
Perforationsbereichen 8, 8' vollständig entfernt
ist und zum anderen keine Beeinträchtigung der Solarzelle 1 oder
der dielektrischen Schicht 2 durch die Laserstrahlen 7, 7' stattfindet.
Die Pulsenergie des Laserstrahls wurde dabei geringer als 5 μJ gewählt,
um eine Beeinträchtigung der Solarzelle durch die Laserstrahlen
zu vermeiden. Insbesondere eine Pulsenergie von 2 μJ ist
gemäß Untersuchungen der Anmelderin hierbei vorteilhaft.
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Die
Perforation wurde mittels eines frequenzverdreifachten Nd:YAG-Laser
mit einer Wellenlänge von 355 nm durchgeführt.
Der Laser arbeitet mit gepulster Laserstrahlung, wobei die Pulslängen im
Bereich 20 ns bis 30 ns liegen.
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In
einem weiteren Schritt wird nun die gesamte Struktur in ein Lösemittelbad
gegeben, sodass insbesondere an den in 1, Teilbild
e) mit Pfeilen gekennzeichneten Öffnungen 8, 8' des
Metallfilms 4 das Lösemittel 5, 5' direkt
durch die Öffnungen hindurch zu der Maskierungsschicht 3 gelangt
und diese ablöst.
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Auf
diese Weise ist ein rasches Ablösen der Maskierungsschicht 3 möglich,
sodass die in 1, Teilbild f) dargestellte
Struktur erzeugt wird, das heißt die Solarzelle 1 mit
der dielektrischen Schicht 2, welche an den gewünschten
Aussparungsstellen eine Metallisierungsstruktur 10 aufweist,
die aus den verbliebenen Bereichen des Metallfilms 4 besteht.
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In 2 ist
eine Draufsicht auf eine Solarzelle mit einer stark vereinfacht
dargestellten, kammartigen Metallisierungsstruktur 10 dargestellt:
Die
Solarzelle 1 weist eine kammartige Metallisierungsstruktur 10 auf, über
welche Ladungsträger aus dem Siliziumwafer über
die Metallisierungsstruktur zu einem (nicht dargestellten) Kontaktierungspunkt gelangen
können.
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Die
Punkte in 2 geben die Perforationen entlang
vorgegebener Linien an, von denen beispielhaft zwei Linien mit den
Bezugszeichen 11, 11' bezeichnet sind. An den
Linien wurde mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
der Metallfilm 4 teilweise entfernt. Die dargestellten
Perforationen folgen Linien, welche in etwa in konstantem Abstand
von 500 μm zu den von der Maskierungsschicht ausgesparten
Bereichen, das heißt zu der Metallisierungsstruktur 10 angeordnet
sind, sodass ein definiertes Abreißen des Metallfilms an
den Rändern der Metallisierungsstruktur 10 gegeben
ist.
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Eine
typische kammartige Metallisierungsstruktur, wie in 2 schematisch
dargestellt, weist üblicherweise ausgehend von dem in 2 untenliegenden
Verbindungsbereich eine Vielzahl (über 80) sich in 2 davon
ausgehend nach oben erstreckender „Finger" auf, wobei die
Finger in etwa einen Abstand von 1200 μm zueinander aufweisen
und eine Breite von etwa 150 μm besitzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - J. Heinzl,
C. H. Hertz, „Ink-Jet Printing", Advances in Electronics
and Electron Physics, Vol. 65 (1985), pp. 91–112 [0045]