DE102009024982A1

DE102009024982A1 - Maskierungsverfahren

Info

Publication number: DE102009024982A1
Application number: DE102009024982A
Authority: DE
Inventors: Holger Dr. Neuhaus; Andreas Dr. Krause; Bernd Dr. Bitnar; Frederick Bamberg; Reinhold Dr. Schlosser
Original assignee: SolarWorld Innovations GmbH
Current assignee: Meyer Burger Germany GmbH
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2029-06-17
Also published as: US8551883B2; CN101924032B; TW201108301A; DE102009024982B4; CN101924032A; US20100317192A1; TWI457979B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Maskierung eines Halbleiter-Substrats (1), umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines flächigen Halbleiter-Substrats (1) mit einer ersten Seite (2) und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (3), Aufbringen einer Maske (4) auf mindestens eine der Seiten (2, 3), wobei zum Aufbringen der Maske (4) ein Extrusionsdruck-Verfahren vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Maskierung eines Halbleitersubstrats. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Kontakt-Struktur für ein Halbleiter-Bauelement sowie ein Zwischenprodukt bei der Herstellung eines Halbleiter-Bauelements.
Zur Herstellung kleiner Strukturen werden in der Halbleitertechnik regelmäßig Maskierungsprozesse eingesetzt. Hierbei werden Masken verwendet, die ein Halbleiter-Substrat bedecken und nur an vorbestimmten Stellen Öffnungen aufweisen. Derartige Masken dienen dem Schutz des Halbleiter-Substrats bei der weiteren Verarbeitung. Jedoch ist die Herstellung von Masken mit Strukturgrößen im Bereich von weniger als 100 μm aufwändig und teuer. Außerdem können die Kanten der Maske verschmieren, solange das Maskenmaterial nicht vollständig getrocknet ist. Hierdurch wird die Herstellung sehr kleiner, präziser Strukturen weiter erschwert. Um das Problem des Verschmierens zu umgehen, werden teilweise fotolithografische Verfahren eingesetzt. Hierbei wird zunächst ein Fotolack ganzflächig auf das Halbleiter-Substrat aufgebracht und getrocknet. Anschließend wird die gewünschte Struktur durch die Belichtung einer Fotomaske und anschließende Entwicklung erstellt. Derartige Verfahren sind jedoch sehr zeitaufwändig und teuer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Maskierungsverfahren zur Herstellung kleiner Strukturen zu verbessern. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Kontakt-Struktur mit einer kleinen Strukturgröße zu schaffen.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 1, 12 und 14 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, zum Aufbringen der Maske ein Extrusionsdruck-Verfahren einzusetzen.
Vorzugsweise weist die Maske beim Aufbringen eine hohe Viskosität auf. Es ist insbesondere vorgesehen, die Strukturen, die geöffnet werden sollen, beim Druck mit einem Opfer-Material zu füllen. Hierdurch wird ein Auseinanderlaufen der Strukturen verhindert, obwohl die Maskenmaterialien beim Drucken viskos sind. Die Maske umfasst somit vorteilhafterweise mindestens zwei unterschiedliche Maskenmaterialien, welche eine höchstens vernachlässigbare Mischbarkeit aufweisen.
Die unterschiedlichen Maskenmaterialien werden in einem einzigen Verfahrensschritt auf das Halbleiter-Substrat aufgebracht. Es handelt sich beim Extrusionsdruck-Verfahren vorteilhafterweise um ein Ko-Extrusionsdruck-Verfahren.
Als Maskenmaterialien sind vorzugsweise einerseits organische Materialien vorgesehen, welche sich beim Erhitzen auf eine Prozess-Temperatur verfestigen, andererseits Opfer-Materialien, welche beim Erhitzen auf die Prozess-Temperatur verdampfen.
Als Opfer-Material kann auch eine Ätzpaste vorgesehen sein, welche das darunter liegende Halbleiter-Substrat beim Erhitzen auf die Prozess-Temperatur in vorbestimmten Bereichen ätzt. Entsprechend kann auch eine selektive Dotierung des Halbleiter-Substrats mittels der 2-Komponenten-Maske erreicht werden.
Das Verfahren dient insbesondere zur Herstellung einer Dotiermaske.
Außerdem ist mittels des erfindungsgemäßen Maskierungs-Verfahrens die Herstellung einer Kontakt-Struktur auf einfache Weise möglich. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
3 einen Querschnitt durch ein mit einer erfindungsgemäßen Maske versehenes Halbleiter-Substrat und
4 eine Darstellung des Halbleiter-Substrats gemäß 3 nach dem Öffnen der Passivierungsschicht.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Zunächst wird ein Halbleiter-Substrat 1 bereitgestellt. Das Halbleiter-Substrat 1 ist flächig ausgebildet. Es weist eine erste Seite 2 und eine dieser gegenüberliegende zweite Seite 3 auf. Sodann wird eine Maske 4 auf mindestens eine der Seiten 2, 3 aufgebracht, wobei zum Aufbringen der Maske 4 ein Extrusionsdruck-Verfahren vorgesehen ist.
Eine hierfür vorgesehene Druck-Vorrichtung 5 umfasst einen Druckkopf 6. Der Druckkopf 6 weist eine Vielzahl von Düsen 7 auf. Die Düsen 7 sind vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet. Die Düsen 7 sind in einer linearen Anordnung entlang einer Anordnungs-Richtung 15 im Druckkopf 6 angeordnet. Sie können unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Die Düsen 7 weisen vorzugsweise eine sich verjüngende Form auf. Sie haben jeweils eine Düsen-Öffnung 8 mit einem Durchmesser D. Der Durchmesser D liegt im Bereich von 1 μm bis 1 cm. Er beträgt vorzugsweise weniger als 1 mm, insbesondere höchstens 100 μm, insbesondere höchstens 20 μm. Die Düsen-Öffnung 8 weist vorzugsweise einen viereckigen, insbesondere einen rechteckigen, vorzugsweise einen quadratischen Querschnitt auf. Dies erleichtert ein gleichmäßiges Aufbringen der Maskierung. Die Düsen 7 dienen der Extrusion von Maskenmaterialien. Die Maskenmaterialien haben beim Aufbringen auf das Halbleiter-Substrat 1 eine Viskosität von mindestens 1 Pa·s, insbesondere mindestens 10 Pa·s, vorzugsweise mindestens 30 Pa·s.
Die Maske 4 weist mindestens zwei aneinandergrenzende Bereiche 9, 10 mit unterschiedlichen Maskenmaterialien auf. Die unterschiedlichen Maskenmaterialien weisen eine höchstens vernachlässigbare Mischbarkeit auf. Bei den Maskenmaterialien handelt es sich einerseits um ein Maskierungs-Material 11, andererseits um ein Opfer-Material 12. Als Maskierungs-Material 11 ist ein organisches Material, insbesondere ein Harz, vorzugsweise ein Epoxydharz, beispielsweise Epichlorhydrin oder Bisphenol A oder Polymethylmethacrylat (PMMA) vorgesehen. Als Maskierungs-Material 11 kann auch ein Wachs, insbesondere ein Hotmelt-Wachs, vorgesehen sein. Das Maskierungs-Material 11 ist resistent gegenüber Ätzlösungen, welche zur weiteren Verarbeitung des Halbleiter-Substrats vorgesehen sind. Das Maskierungs-Material 11 ist insbesondere ätzresistent gegenüber Flusssäure und/oder fluoridhaltigen Pasten und/oder galvanischen Elektrolyten. Das Maskierungs-Material verfestigt sich beim Erhitzen auf eine Prozess-Temperatur T_P. Die Prozess-Temperatur T_P liegt im Bereich von 50°C bis 500°C. Das Opfer-Material 12 umfasst vorzugsweise eine Mischung aus Lösungsmitteln und/oder Lackrohstoffen und/oder Zellulose-Derivaten. Das Opfer-Material 12 verdampft beim Erhitzen auf die Prozess-Temperatur T_P. Die Masken-Materialien werden gleichzeitig auf das Halbleiter-Substrat 1 aufgebracht. Hierbei verhindert das Opfer-Material 12 ein Auseinanderlaufen des Maskierungs-Materials 11. Zum Aufbringen der Masken-Materialien ist insbesondere ein Ko-Extrusionsdruck-Verfahren vorgesehen.
Das Maskierungs-Material 11 und das Opfer-Material 12 werden mittels Zuführungen 13 von Vorrats-Behältern 14 der Druck-Vorrichtung 5 den jeweiligen Düsen 7 zugeführt.
Vorzugsweise weisen die Düsen 7 für das Opfer-Material 12 einen kleineren Durchmesser D auf als die Düsen 7 für das Maskierungs-Material 11. Der Durchmesser D der Düsen 7 für das Opfer-Material 12 ist insbesondere höchstens halb so groß wie der Durchmesser D der Düsen 7 für das Maskierungs-Material 11.
Die Maske 4 wird in Bahnen auf das Halbleiter-Substrat 1 aufgebracht. Hierzu werden der Druckkopf 6 und das Halbleiter-Substrat 1 relativ zueinander verschoben. Die Verschiebung findet vorzugsweise senkrecht zur Anordnungs-Richtung 15 der Düsen 7 statt.
Vorzugsweise wird der Druckkopf 6 zum Aufbringen der Maske 4 über das Halbleiter-Substrat 1 geführt. Das Halbleiter-Substrat 1 kann somit stationär angeordnet werden. Dies ist insbesondere für eine hochpräzise Aufbringung der Maske 4 vorteilhaft. Prinzipiell ist es jedoch ebenso möglich, das Halbleiter-Substrat 1 vor einem stationären Druckkopf 6 vorbeizufüh ren. Hierfür kann beispielsweise ein in der Figur nicht dargestelltes Transportband vorgesehen sein. Eine derartige Anordnung ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine Vielzahl von Halbleiter-Substraten 1 mit relativ einfachen, insbesondere geradlinigen Strukturen, versehen werden soll.
Nach dem Aufbringen der Maske 4 wird das Halbleiter-Substrat 1 mit der Maske 4 auf die Prozess-Temperatur T_P erhitzt. Dies führt zur Verfestigung des Maskierungs-Materials 11 und/oder zum Verdampfen des Opfer-Materials 12.
Nach dem Verdampfen der Opferschicht kann die Maske 4 als Ätzmaske zum nasschemischen und/oder Plasma-Ätzen eingesetzt werden. Hierbei werden ausschließlich die zweiten Bereiche 10 auf dem Halbleiter-Substrat 1, auf die ursprünglich das Opfer-Material 12 aufgebracht war, geätzt, während die ersten Bereiche 9, welche von dem Maskierungs-Material 11 überdeckt sind, geschützt sind und somit nicht geätzt werden. Die Maske 4 kann insbesondere zum Ätzen von Löchern durch ein Halbleiter-Substrat eingesetzt werden. Somit lassen sich mit Hilfe der Maske 4 Löcher für sogenannte Emitter Wrap Through (EWT-)Solarzellen herstellen. Zur Herstellung einer Kontakt-Struktur für ein Halbleiter-Bauelement wird auf die zweiten Bereiche 10, auf die ursprünglich das Opfer-Material 12 aufgebracht war, eine elektrisch leitfähige Metallisierung aufgebracht. Zur Aufbringung der Metallisierung ist insbesondere ein galvanisches Verfahren vorgesehen. Die Maske 4 definiert hierbei Flanken der galvanisierten Metallisierung und verhindert eine Verbreiterung der aufwachsenden Metallisierung. Dementsprechend ist vorgesehen, dass die Maske 4 in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Halbleiter-Substrats 1 eine Dicke aufweist, welche mindestens so groß ist wie die Dicke der aufzubringenden Kontakt- Struktur. Die Details der Aufbringung der Metallisierung ergeben sich aus der DE 10 2007 038 744 , auf die hiermit verwiesen wird.
In einer alternativen Ausführungsform dient die Maske 4 als Dotiermaske. In einem nachfolgenden Ionen-Implantationsschritt wird die mit der Maske 4 versehene Oberfläche des Halbleiter-Substrats 1 nach Verdampfen des Opfer-Materials 12 einem Ionenstrahl aus Dotierstoffen, insbesondere Bor und/oder Aluminium für eine p-Dotierung oder Phosphor für eine n-Dotierung ausgesetzt. Das Maskierungs-Material 11 absorbiert den auftreffenden Ionenstrahl, sodass die Dotierung nur in den zweiten Bereichen 10, auf welche ursprünglich das Opfer-Material 12 aufgebracht war, stattfindet. In einer bevorzugten Variante dieses Ausführungsbeispiels absorbiert das Maskierungs-Material 11 den Dotierstoffstrahl nur teilweise, so dass in den zweiten Bereichen 10 eine höhere Dotierung als in den vom Maskierungs-Material 11 abgedeckten ersten Bereichen 9 entsteht. Mit diesem Verfahren lassen sich selektive Emitter für Solarzellen herstellen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel dient die Maske 4 selbst zum selektiven Ätzen einer darunterliegenden Schicht, insbesondere einer Passivierungs-Schicht 16, auf dem Halbleiter-Substrat 1. Bei der zu ätzenden Schicht kann es sich insbesondere um eine Siliziumdioxid- oder Siliziumnitrid-Schicht handeln. Anstelle des Opfer-Materials 12 wird in den ersten Bereichen 9 auf dem Halbleiter-Substrat 1, an welchen die zu ätzende Schicht geöffnet werden soll, eine Ätzpaste zum Ätzen der Schicht aufgebracht. Während des anschließenden Heizschritts, bei welchem das Halbleiter-Substrat 1 mit der Maske 4 auf die Prozess-Temperatur T_P erhitzt wird, ätzt die Ätzpaste selektiv die darunterliegende Schicht. In einem anschließenden Wässerungsschritt wird die Ätzpaste ausgewaschen. Der Wässerungsschritt wird erfindungsgemäß in einer schwach alkalischen Lö sung durchgeführt. Dieses Verfahren findet insbesondere bei der Herstellung lokaler Rückkontakte für Solarzellen Anwendung. Nach dem Öffnen der Passivierungs-Schicht 16 auf der Solarzellen-Rückseite wird auch das Maskierungs-Material 11 der Maske 4 entfernt. Anschließend wird ein Metallkontakt ganzflächig aufgedampft. Der Metallkontakt stellt einen selektiven Kontakt zum Halbleiter-Substrat 1 in den ersten Bereichen 9 her.
Nach dem Aufbringen der Maske 4 bildet das Halbleiter-Substrat 1 mit der Maske 4 ein Zwischenprodukt bei der Herstellung eines Halbleiter-Bauelements.
In einer alternativen Ausführungsform wird zum Aufbringen der Maske 4 ein Ko-Extrusionsdruck-Verfahren eingesetzt. Hierbei werden das Maskierungs-Material 11 und das Opfer-Material 12 durch eine gemeinsame Düse 7 im Druckkopf 6a extrudiert. Der Druckkopf 6a weist für die Zuführung der unterschiedlichen Masken-Materialien zur Düse 7 intern mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, nebeneinander angeordnete Kanäle 17 auf. Die Kanäle 17 sind vorzugsweise voneinander getrennt. Mehrere, insbesondere alle Kanäle 17 münden in eine gemeinsame Düse 7. Selbstverständlich können auch bei dieser Ausführungsform mehrere Düsen 7 vorgesehen sein. Die Kanäle 17 sind vorzugsweise entsprechend den Düsen 7 im vorhergehenden Ausführungsbeispiel in Anordnungs-Richtung 15 nebeneinander angeordnet. Vorzugsweise weist die Düsen-Öffnung 8 einen viereckigen, insbesondere einen rechteckigen, vorzugsweise einen quadratischen Querschnitt auf. Dies erleichtert ein gleichmäßiges Aufbringen der Maskierung.
Der Kanal 17 für das Opfer-Material 12 ist in Anordnungs-Richtung 15 beidseitig von Kanälen 17 für das Maskierungs-Material 11 flankiert. Ab gesehen von der alternativen Ausführung des Druckkopfes 6a entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehend beschriebenen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007038744 [0023]

Claims

Verfahren zur Maskierung eines Halbleiter-Substrats (1) umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines flächigen Halbleiter-Substrats (1) mit i. einer ersten Seite (2) und ii. einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (3), b. Aufbringen einer Maske (4) auf mindestens eine der Seiten (2, 3), c. wobei zum Aufbringen der Maske (4) ein Extrusionsdruck-Verfahren vorgesehen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) beim Aufbringen eine Viskosität von mindestens 1 Pa·s, insbesondere mindestens 10 Pa·s, vorzugsweise mindestens 30 Pa·s aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) mindestens zwei aneinander angrenzende Bereiche mit unterschiedlichen Maskenmaterialien (11, 12) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Maskenmaterialien (11, 12) eine höchstens vernachlässigbare Mischbarkeit aufweisen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Maskenmaterialen (11, 12) gleichzeitig, insbesondere mittels eines Ko-Extrusionsdruck-Verfahrens, auf das Halbleiter-Substrat (1) aufgebracht werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen der Maske (4) eine Druck-Vorrichtung (5) mit einem Druckkopf (6; 6a) vorgesehen ist, wobei insbesondere mindestens zwei Maskenmaterialien (11, 12) durch verschiedene Kanäle (17) in eine gemeinsame Düse (7) im Druckkopf (6a) geführt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Maskenmaterial ein organisches Maskierungs-Material (12), insbesondere ein Harz oder ein Wachs, vorgesehen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiter-Substrat (1) nach dem Aufbringen der Maske (4) erhitzt wird, wobei sich das Maskierungs-Material (11) beim Erhitzen auf eine Prozess-Temperatur (T_P) verfestigt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als zweites Maskenmaterial ein Opfer-Material (12) vorgesehen ist und das Halbleiter-Substrat (1) nach dem Aufbringen der Maske (4) erhitzt wird, wobei das Opfer-Material (12) beim Erhitzen auf eine Prozess-Temperatur (T_P) verdampft.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als zweites Maskenmaterial (12) eine Ätzpaste zum Ätzen einer Schicht auf dem Halbleiter-Substrat vorgesehen ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der Maske (4) ein Dotier-Schritt, insbesondere ein Ionen-Implantationsschritt, vorgesehen ist, wobei das erste Maskenmaterial (11) einen Dotierstoffstrahl zumindest teilweise absorbiert.
Verwendung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung einer Dotiermaske.
Verfahren zur Herstellung einer Kontakt-Struktur für ein Halbleiter-Bauelement umfassend die folgenden Schritte: a. Maskieren mindestens einer Seite (2, 3) eines Halbleiter-Substrats (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, b. zumindest bereichsweises Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Metallisierung auf die mindestens eine maskierte Seite (2, 3).
Zwischenprodukt bei der Herstellung eines Halbleiter-Bauelements umfassend a. ein flächig ausgebildetes Halbleiter-Substrat (1) mit i. einer ersten Seite (2) und ii. einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (3), b. einer Maske (4) auf mindestens eine der Seiten (2, 3), c. wobei die Maske (4) mindestens zwei aneinander angrenzende Bereiche (9, 10) mit unterschiedlichen Maskenmaterialien (11, 12) aufweist.
Zwischenprodukt gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Maskenmaterialien (11, 12) derart gewählt sind, dass mindestens eines durch Erhitzen auf eine Prozess-Temperatur (T_P) verfestigbar ist, während mindestens ein weiteres hierbei verdampfbar ist.