DE102009057881A1

DE102009057881A1 - Verfahren zur Laserstrukturierung eines transparenten Mediums und Verwendung des Verfahrens bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102009057881A1
Application number: DE102009057881A
Authority: DE
Inventors: Harald Dr. Wanka; Peter Dr. Fath
Original assignee: Centrotherm Photovoltaics AG
Current assignee: Centrotherm Photovoltaics AG
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2011-06-16

Abstract

Verfahren zur Laserstrukturierung eines für eine Laserstrahlung (16) transparenten Mediums (12), bei welchem auf das transparente Medium (12) eine die Laserstrahlung absorbierende Absorberschicht (14) aufgebracht wird (80), die Absorberschicht (14) mittels lokaler Bestrahlung mit der Laserstrahlung (16) lokal entfernt wird (82), und das transparente Medium (12) in denjenigen Bereichen, in welchen die Absorberschicht (14) entfernt wurde, mittels eines Ätzmediums geätzt wird (84), während das transparente Medium (12) in den übrigen Bereichen durch die Absorberschicht (14) wenigstens zeitweise gegenüber einer Einwirkung des Ätzmediums geschützt wird (84) sowie Verwendung des Verfahrens bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer zweistufigen Dotierung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laserstrukturierung eines für Laserstrahlung vorwiegend transparenten Mediums sowie die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer zweistufigen Dotierung.
Laserstrukturierung ist ein bekanntes Verfahren bei dem ein Medium lokal mittels Laserstrahlung verdampft wird. Die Laserstrukturierung wird zum Beispiel bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Solarzellen eingesetzt. Dabei wird meist ein unter dem transparenten Medium gelegenes, zweites Medium mittels der Laserstrahlung lokal erhitzt, sodass infolge dieser Erhitzung das darüber angeordnete, für diese Laserstrahlung transparente Medium indirekt ebenfalls erhitzt wird und lokal verdampft oder abplatzt. Um diesen Effekt zu erzielen ist eine vergleichsweise hohe Intensität der eingesetzten Laserstrahlung erforderlich, was zu einer unerwünscht starken Schädigung des zweiten Mediums führen kann. Zudem ist der auf diese Weise erzielte Materialabtrag oft unvollständig, denn infolge der indirekten Entfernung des transparenten Mediums verbleiben häufig Reststücke de transparenten Mediums dort, wo dieses hätte entfernt werden sollen. Ein derartiger unvollständiger Abtrag des transparenten Mediums kann zu Fehlern und Ausfällen bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen und insbesondere von Solarzellen führen, beispielsweise im Kontaktierungsbereich der Solarzellen.
Die Begriffe der Laserstrukturierung eines Mediums und des Strukturierens eines Mediums mittels Laserstrahlung sind vorliegend so zu verstehen, dass sie sowohl eine direkte Strukturierung als auch eine indirekte Strukturierung des Mediums umfassen.
Vor dem geschilderten Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereit zu stellen, mit welchem ein für Laserstrahlung transparentes Medium unter Verwendung einer Laserstrahlung so strukturiert werden kann, dass das transparente Medium an den zu strukturierenden Stellen zuverlässig entfernt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer zweistufigen Dotierung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Laserstrukturierung eines für Laserstrahlung transparenten Mediums sieht vor, dass auf das transparente Medium eine die Laserstrahlung absorbierende Absorberschicht aufgebracht wird. Im Weiteren wird die Absorberschicht mittels lokaler Bestrahlung mit der Laserstrahlung lokal entfernt. Nachfolgend wird das transparente Medium in denjenigen Bereichen, in welchen die Absorberschicht entfernt wurde, mittels eines Ätzmediums geätzt. In den übrigen Bereichen wird dabei das transparente Medium durch die Absorberschicht wenigstens zeitweise gegenüber einer Einwirkung des Ätzmediums geschützt.
Der Begriff des transparenten Mediums ist dabei derart zu verstehen, dass das Medium im Wesentlichen für die eingesetzte Laserstrahlung transparent ist. Eine geringfügige Absorption der Laserstrahlung in dem transparenten Medium, beispielweise aufgrund von Materialverunreinigungen, ist somit denkbar.
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Laserstrahlung in der Absorberschicht absorbiert wird, kann Laserstrahlung mit einer vergleichsweise geringen Intensität verwendet werden. Dies verringert die Gefahr einer Schädigung von unter dem transparenten Medium angeordneten Materialien. Weiterhin ermöglicht die Absorption der Laserstrahlung in der Absorberschicht eine zuverlässige Energieeinkopplung in die Absorberschicht und damit eine zuverlässige lokale Entfernung der Absorberschicht. In Verbindung mit dem nachfolgenden Ätzen kann somit das transparente Medium zuverlässig strukturiert werden. Als Ätzmedium wird vorteilhafterweise eine Ätzlösung oder ein Plasma eingesetzt.
In einer Ausgestaltungsvariante der Erfindung wird die Absorberschicht als Opferschicht gegenüber dem Ätzen mittels des Ätzmediums eingesetzt. Dabei wird die Absorberschicht von dem Ätzmedium ebenfalls angegriffen und geätzt. Aufgrund der Dicke der Absorberschicht werden von der Absorberschicht bedeckte Bereiche des transparenten Mediums jedoch erst später angegriffen als das transparente Medium in denjenigen Bereichen, in welchen die Absorberschicht lokal entfernt wurde. Das transparente Medium ist somit zeitweise gegenüber der Einwirkung des Ätzmediums geschützt. Ist die Absorberschicht hinreichend dick ausgeführt, sodass das Ätzen vor vollständiger Entfernung der Absorberschicht endet, kann ein vollständiger Schutz des transparenten Mediums durch die Absorberschicht realisiert werden.
In einer anderen Ausführungsvariante ist die Absorberschicht als Maskierung ausgeführt, welche gegenüber dem eingesetzten Ätzmedium inert ist. Die als Ätzmedium und für die Absorberschicht verwendeten Materialien sind entsprechend aufeinander abzustimmen.
Eine Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass als transparentes Medium eine Siliziumoxidschicht verwendet wird. Eine solche kann beispielsweise mittels einer chemischen Abscheidung aus einer Dampfphase bei niedrigem Druck (LPCVD) aus Silan und Sauerstoff gebildet und auf einem Substrat abgeschieden werden, was vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 450 und 750°C erfolgt. Daneben kann die Siliziumoxidschicht ausgebildet werden durch eine Oxidation von Silizium bei etwas 750 bis 900°C oder durch eine sogenannte feuchte thermische Oxidation, welche in Gegenwart von Wasserdampf erfolgt, vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 650 und 800°C. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Siliziumoxidschicht aus Tetraethylorthosilikat (TEOS) auszubilden. Auch diese weiteren Arten der Siliziumoxidbildung können in einem LPCVD-Reaktor realisiert werden.
Alternativ kann die Siliziumoxidschicht mittels Plasma getriebener chemischer Abscheidung aus einer Dampfphase (PECVD) ausgebildet werden, beispielsweise unter Verwendung der Prozessgase Silan und Distickstoffmonoxid bei einer Abscheidetemperatur zwischen Raumtemperatur und 600°C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 300 und 500°C. Hierbei können an sich bekannte PECVD-Reaktoren Verwendung finden.
In der Praxis hat es sich bewährt, Siliziumoxidschichten mit einer Dicke im Bereich von 10 bis 100 nm, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 30 nm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 30 nm zu verwenden.
Als Absorberschicht kann beispielsweise eine Siliziumnitridschicht oder eine Kunststoffschicht auf das transparente Medium aufgebracht werden. Kunststoffschichten können gut auf die Wellenlänge der jeweils eingesetzten Laserstrahlung abgestimmt werden. Zudem können für den jeweiligen Anwendungsfall vorteilhafte Applikationstechnologien verwendet werden; so kann die Kunststoffschicht beispielsweise aufgeklebt, aufgedampft, aufgesprüht oder aufgesponnen werden. Zudem sind Kunststoffschichten häufig resistent gegenüber Flusssäure, was insbesondere bei Verwendung einer Siliziumoxidschicht als transparentes Medium vorteilhaft ist. Kunststoffschichten sind zudem leicht nasschemisch entfernbar, beispielsweise mittels einer alkalischen Ätzlösung.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird als Absorberschicht eine Siliziumschicht verwendet, insbesondere eine Schicht aus amorphem, aus mikro- oder nanokristallinem Silizium oder aus poly-Silizium. Eine Siliziumschicht hat sich als Absorberschicht insbesondere bei einem transparenten Medium aus Siliziumoxid bewährt. Die Siliziumschicht kann beispielsweise mittels LPCVD auf das transparente Medium aufgebracht werden. Die Abscheidung erfolgt dabei bei Temperaturen über 600°C, vorzugsweise bei Temperaturen über 700°C. Als Siliziumquellen für die LPCVD-Abscheidung können Silan oder Dichlorsilan dienen. Vorteilhafterweise wird eine Siliziumschicht mit einer Dicke im Bereich von 10 bis 100 nm, vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von 20 bis 40 nm aufgebracht.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Siliziumschicht mittels PECVD aufzubringen. Die Siliziumabscheidung erfolgt dabei bei Temperaturen größer als 20°C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 20°C und 600°C und besonders bevorzugt bei Temperaturen zwischen 350°C und 500°C. Als Siliziumquelle kann Silan Verwendung finden.
Bei der Siliziumabscheidung in LPCVD- oder PECVD-Reaktoren kann es zu einer Abscheidung von Silizium an der Reaktorwand kommen. Dies kann sich insbesondere nachteilig auswirken, wenn in demselben Reaktor weitere Prozessschritte durchgeführt werden, beispielsweise eine Siliziumoxidbeschichtung oder eine Diffusion von Dotierstoff. Daher werden die verwendeten Reaktoren, beispielsweise eingesetzte Quarzglasrohre, mit einer Auskleidung versehen, welche bei Bedarf gewechselt werden kann.
Grundsätzlich können häufig mehrere Verfahrensschritte aufwandsgünstig in demselben Reaktor oder zumindest in gleichartigen Reaktoren durchgeführt werden. Beispielsweise können das transparente Medium und die Absorberschicht nacheinander in demselben Reaktor oder in gleichartigen Reaktoren abgeschieden werden. Zudem ist es denkbar, Diffusionsschritte, wie sie bei der unten beschriebenen erfindungsgemäßen Verwendung erforderlich sind, ebenfalls in demselben Reaktor oder zumindest in gleichartigen Reaktoren durchzuführen. Dies kann den Aufwand der Fertigungsanlagen reduzieren, bzw. deren Komplexität verringern.
Es ist auch denkbar, dass die oben beschriebene Siliziumoxid- oder Siliziumabscheidung in schnell aufheizbaren Vorrichtungen, sogenannten Rapid-Thermal-Processing (RTP) Systemen durchzuführen. Bei einer industriellen Fertigung kann sich im jeweiligen Anwendungsfall jedoch der Durchsatz durch solche RTP-Systeme als zu gering erweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Laserstrahlung grünes Licht verwendet.
Dies wird vorzugsweise mit einem frequenzverdoppelten Neodym-YAG-Laser erzeugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer zweistufigen Dotierung verwendet werden. Hierzu wird eine die Eindiffusion von Dotierstoff in ein Halbleitersubstrat hemmende Schicht als transparentes Medium auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet und die Absorberschicht wird auf diese hemmende Schicht aufgebracht. Im Weiteren wird die Absorberschicht in wenigstens einem Hochdotierungsbereich mittels lokaler Bestrahlung mit der Laserstrahlung lokal entfernt. Nachfolgend wird in dem wenigstens einen Hochdotierungsbereich die hemmende Schicht mittels des Ätzmediums geätzt und dabei lokal entfernt und auf diese Weise mindestens eine Öffnung in der hemmenden Schicht ausgebildet. Durch diese mindestens eine Öffnung hindurch wird im Weiteren ein erster Dotierstoff in das Halbleitersubstrat eindiffundiert.
Unter einer die Eindiffusion von Dotierstoff in ein Halbleitersubstrat hemmenden Schicht, kurz als hemmende Schicht bezeichnet, ist dabei eine Schicht zu verstehen, welche die Eindiffusion von Dotierstoff in das Halbleitersubstrat behindert. Demzufolge bewirkt eine hemmende Schicht gegenüber einem nicht mit einer solchen hemmenden Schicht versehenen Halbleitersubstrat einen geringeren Dotierstoffeintrag in das unter der hemmenden Schicht gelegene Halbleitersubstrat. Im Extremfall ist die hemmende Schicht derart ausgeführt, dass während des Diffusionsvorgangs gar kein Dotierstoffeintrag in unterhalb der hemmenden Schicht gelegene Bereiche des Halbleitersubstrats erfolgt. In solch einem Fall stellt die hemmende Schicht eine Diffusionsbarriere dar.
Die Eindiffusion des ersten Dotierstoffs in das Halbleitersubstrat durch die mindestens eine Öffnung hindurch erfolgt vorzugsweise mittels einer an sich bekannten POCl₃-Diffusion.
Die Absorberschicht kann beispielsweise entfernt werden, bevor der erste Dotierstoff durch die mindestens eine Öffnung hindurch in das Halbleitersubstrat eindiffundiert wird. Dabei hat sich hierbei eine nasschemische Entfernung der Absorberschicht mit zum Beispiel einer Ätzlösung bewährt. Die Ätzlösung ist dabei vorzugsweise derart zu wählen, dass das im jeweiligen Anwendungsfall vorliegende transparente Medium nicht ebenfalls entfernt wird.
Eine Weiterbildung der beschriebenen Ausgestaltungsvariante sieht vor, dass bei der Entfernung der Absorberschicht das Halbleitersubstrat in dem wenigstens einen Hochdotierungsbereich angeätzt wird. Auf diese Weise kann in dem wenigstens einen Hochdotierungsbereich eine Vertiefung in dem Halbleitersubstrat ausgebildet werden.
Wird als transparentes Medium Siliziumoxid, und als Absorberschicht Silizium, insbesondere amorphes Silizium verwendet, so kann die Absorberschicht beispielsweise mittels einer alkalischen Ätzlösung entfernt werden. Als alkalische Ätzlösungen können beispielsweise wässrige Kaliumhydroxid- oder Natriumhydroxidlösungen Verwendung finden. Ist das eingesetzte Halbleitersubstrat ein Siliziumsubstrat, so kann mit den genannten Ätzlösungen das Siliziumsubstrat bei dem Entfernen der Absorberschicht in dem wenigstens einen Hochdotierungsbereich angeätzt werden.
Vor dem Aufbringen der hemmenden Schicht auf das Halbleitersubstrat kann ein zweiter Dotierstoff in das Halbleitersubstrat eindiffundiert werden und/oder die hemmende Schicht kann als Diffusionsbarriere gegenüber der Eindiffusion von erstem Dotierstoff ausgebildet werden. Der Begriff der Diffusionsbarriere ist dabei dahingehend zu verstehen, dass während der Dauer der Eindiffusion von erstem Dotierstoff in solchen Bereichen, welche von der hemmenden Schicht bedeckt sind, kein erster Dotierstoff durch die hemmende Schicht hindurchdiffundieren und in das Halbleitersubstrat gelangen kann. Lediglich durch die mindestens eine Öffnung kann Dotierstoff in das Halbleitersubstrat gelangen.
Zur Ausbildung einer mehrstufigen Dotierung wird üblicherweise erster und zweiter Dotierstoff vom gleichen Dotierungstyp, beispielsweise n-Typ, eingesetzt.
Eine Weiterbildung dieser Ausführungsvariante sieht vor, dass zur Eindiffusion des ersten Dotierstoffs in das Halbleitersubstrat durch die mindestens eine Öffnung hindurch eine den ersten Dotierstoff und Metall enthaltende Paste auf den wenigstens einen Hochdotierungsbereich aufgebracht und gesintert wird. Eine solche Paste kann mittels an sich bekannter Druckverfahren, wie Siebdruck-, Stempel- oder Rollendruck, auf den wenigstens einen Hochdotierungsbereich aufgebracht werden. In dieser Weise kann während des Sinterns Dotierstoff aus der Paste heraus in das Halbleitersubstrat eindiffundiert werden und gleichzeitig ein Teil der in der Paste enthaltenen Metalle in das Halbleitersubstrat eingesintert und auf diese Weise eine Kontaktierung des Halbleitersubstrats ausgebildet werden. Das Eindiffundieren des ersten Dotierstoffs aus der Paste heraus in das Halbleitersubstrat bewirkt dabei eine vergleichsweise starke Dotierung des Halbleitersubstrats in dem wenigstens einen Hochdotierungsbereich. Ein zusätzlicher Diffusionsschritt kann somit entfallen. Die Eindiffusion von erstem Dotierstoff und die gleichzeitige Kontaktausbildung erfolgt vorteilhafterweise bei Temperatur über 750°C.
In einer alternativen Ausgestaltungsvariante wird in einem gemeinsamen Diffusionsschritt der erste Dotierstoff durch die mindestens eine Öffnung hindurch in das Halbleitersubstrat eindiffundiert und gleichzeitig erster Dotierstoff durch die hemmende Schicht hindurch in das Halbleitersubstrat eindiffundiert. In diesem Fall ist die hemmende Schicht nicht als Diffusionsbarriere, sondern als die Eindiffusion des ersten Dotierstoffs lediglich hemmende Schicht ausgebildet. Infolgedessen ergibt sich bei der gleichzeitigen Eindiffusion des ersten Dotierstoffs einerseits durch die hemmende Schicht hindurch und andererseits durch die mindestens eine Öffnung hindurch eine zweistufige Dotierung. Am Ende des gemeinsamen Diffusionsschrittes liegt in dem mindestens einen Hochdotierungsbereich eine starke Dotierung vor, da der erste Dotierstoff dort ungehindert durch die mindestens eine Öffnung hindurch in das Halbleitersubstrat gelangen kann. In den übrigen Bereichen liegt hingegen eine schwache Dotierung vor, da die Eindiffusion des ersten Dotierstoffs durch die hemmende Schicht behindert ist.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich insbesondere bei der Herstellung Von Solarzellen mit einer zweistufigen Dotierung, insbesondere mit einem selektiven Emitter, als vorteilhat erwiesen. Als Halbleitersubstrat wird dabei bevorzugt ein Siliziumsubstrat verwendet.
Dabei der Herstellung von Solarzellen bereits häufig LPCVD- oder PECVD-Reaktoren wie auch Ätzeinrichtungen zum Einsatz kommen, kann das erfindungsgemäße Verfahren mit vergleichsweise geringem Aufwand in bestehende Prozessanlagen integriert werden. Selbst wenn zusätzliche Reaktoren oder Prozesseinrichtungen vorgesehen werden, ist der Hersteller von Solarzellen mit deren Handhabung in der Regel vertraut.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Soweit zweckdienlich, sind hierin gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die 1 bis 5 und die 6 bis 10 illustrieren in schematischen Darstellungen jeweils ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Verwendung. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
1 Aufbringen einer Siliziumschicht als Absorberschicht
2 Lokales Entfernen der Siliziumschicht
3 Entfernen der als transparentes Medium vorgesehenen Siliziumoxidschicht
4 Entfernen der Absorberschicht
5 Eindiffusion eines ersten Dotierstoffs in ein Siliziumsubstrat
6 Aufbringen einer Siliziumschicht als Absorberschicht
7 Lokales Entfernen der Siliziumschicht
8 Entfernen der als transparentes Medium vorgesehenen Siliziumoxidschicht
9 Entfernen der Absorberschicht
10 Eindiffusion des ersten Dotierstoffs aus einer Paste heraus in das Siliziumsubstrat
Die 1 bis 5 illustrieren in schematischen Darstellungen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen Verwendung. Die einzelnen Figuren geben dabei eine zeitliche Abfolge verschiedener Verfahrensschritte wieder.
1 zeigt ein Aufbringen 80 einer Siliziumschicht 14 auf eine Siliziumoxidschicht 12, welche zuvor als transparentes Medium auf ein Siliziumsubstrat 10 aufgebracht wurde. Dieses Aufbringen 80 der Siliziumschicht 14 kann beispielsweise unmittelbar nach einer Oxidation des Siliziumsubstrats 10 zum Zwecke der Ausbildung der Siliziumschicht 12 in demselben Reaktor erfolgen. Hierzu wird beispielweise dem Reaktor Silan zugeführt und eine amorphe Siliziumschicht 14 mittels PECVD oder LPCVD auf der Siliziumoxidschicht 12 abgeschieden.
Im Weiteren wird, wie in 2 schematisch wiedergegeben, die als Absorberschicht wirkende Siliziumschicht 14 mittels grüner Laserstrahlung 16 aus einem Neodym-YAG-Laser strukturiert, d. h. die Siliziumschicht 14 in Hochdotierungsbereichen 18 verdampft und in dieser Weise lokal entfernt 82.
Gemäß der Darstellung der 3 wird im Weiteren das transparente Medium, vorliegend also die Siliziumoxidschicht 12 geätzt 84 und somit lokal entfernt. Dabei wird eine Öffnung 20 in der Siliziumoxidschicht 12 ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Siliziumoxidschicht mittels einer flusssäurehaltigen Lösung geätzt. Da Silizium gegenüber Flusssäure ätzresistent ist, dient die verbliebene Siliziumschicht 14 dabei als Ätzmaske. Von der Siliziumschicht 14 bedeckte Bereiche der Siliziumoxidschicht 12 werden daher während des Ätzens 84 von der Flusssäurelösung nicht angegriffen. Das Ätzen 84 kann vorteilhafterweise in einer Nassätzbank, vorzugsweise im Durchlaufverfahren, durchgeführt werden.
Im Weiteren wird, wie in 4 schematisch wiedergegeben, die Siliziumschicht 14 entfernt 86. Dies erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels einer wässrigen Kaliumhydroxidlösung. Das Siliziumsubstrat 10 ist dabei durch die Siliziumoxidschicht 12 großteils gegenüber einer Einwirkung der Kaliumhydroxidlösung geschützt. Lediglich in Hochdotierungsbereichen 18 wird das Siliziumsubstrat 10 angeätzt 86, sodass dort eine Vertiefung in dem Siliziumsubstrat 10 ausgebildet wird.
Im Weiteren wird erster Dotierstoff in das Siliziumsubstrat 10 eindiffundiert 88. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt dies aus der Gasphase mittels einer an sich bekannten POCl₃-Diffusion. Hierbei gelangt der erste Dotierstoff durch die Öffnung 20 hindurch ungehindert in das Siliziumsubstrat 10, sodass in dem Hochdotierungsbereich 18 ein stark dotierter Bereich 22 ausgebildet wird. In den übrigen Bereichen ist das Siliziumsubstrat 10 mit der Siliziumoxidschicht 12 versehen, welche die Eindiffusion des ersten Dotierstoffs in das Siliziumsubstrat 10 hemmt. Die Siliziumoxidschicht 12 ist dabei, insbesondere hinsichtlich ihrer Dicke, derart ausgestaltet, dass während des Diffusionsvorgangs erster Dotierstoff durch die Siliziumoxidschicht 12 hindurchdiffundieren und in das Siliziumsubstrat gelangen kann, allerdings in verringerter Konzentration. Infolgedessen werden in unterhalb der Siliziumoxidschicht 12 gelegenen Bereichen des Siliziumsubstrats schwach dotierte Bereiche 24 ausgebildet.
Eine seitliche Eindiffusion des ersten Dotierstoffs in das Siliziumsubstrat 10 ist in der Darstellung der 5 vereinfachend vernachlässigt. Ebenso wird die Eindiffusion von erstem Dotierstoff an der Rückseite des Solarzellensubstrats der Einfachheit halber vernachlässigt. In der Praxis kann eine Eindiffusion von erstem Dotierstoff an den Seiten und auf der Rückseite des Solarzellensubstrats beispielsweise dadurch verringert werden, dass die Siliziumoxidschicht zusätzlich an den Seitenflächen und auf der Rückseitenoberfläche des Siliziumsubstrats 10 ausgebildet wird. Infolgedessen ergäbe sich bei geeigneter Dicke der Siliziumoxidschicht eine schwache Dotierung auch an den Seiten und auf der Rückseite des Siliziumsubstrats 10. Diese schwache Dotierung könnte im Weiteren überkompensiert oder entfernt werden könnten. Alternativ könnte die Rückseite gegenüber einer Eindiffusion von erstem Dotierstoff dadurch abgeschirmt werden, dass zwei Solarzellensubstrate Rücken an Rücken in der Diffusionseinrichtung angeordnet werden. Alternativ kann die erste Dotierstoffquelle lediglich auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats 10 angeordnet werden, beispielsweise in Form einer den ersten Dotierstoff enthaltenden Lösung.
Nach der Eindiffusion 88 des ersten Dotierstoffs kann das Solarzellensubstrat in an sich bekannter Weise zu einer fertigen Solarzelle weiterverarbeitet werden. Hierbei wären sodann die Metallkontakte in den Hochdotierungsbereichen und somit auf den stark dotierten Bereichen 22 anzuordnen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel zu den 1 bis 5, welches schematisch in den 6 bis 10 wiedergegeben ist, ist die Siliziumoxidschicht 13 als Diffusionsbarriere gegenüber der Eindiffusion des ersten Dotierstoffs ausgebildet. Hierzu ist die Siliziumoxidschicht 13 derart dick ausgebildet, dass während des Diffusionsvorganges kein Dotierstoff durch die Siliziumoxidschicht 13 hindurch in das Halbleitersubstrat gelangen kann. In diesem Fall wird bereits vor dem Aufbringen der Siliziumoxidschicht ein zweiter Dotierstoff gleichen Typs wie der erste Dotierstoff in vergleichsweise geringer Konzentration in das Siliziumsubstrat eindiffundiert, beispielsweise aus einer auf das Siliziumsubstrat 10 aufgebrachten dotierstoffhaltigen Lösung. In diesem Fall ergibt sich nach dem Aufbringen 80 der Siliziumschicht 14 der schematisch in 6 wiedergegebene Sachverhalt. Dieser unterscheidet sich von der Darstellung der 1 lediglich durch den schwach dotierten Bereich 24 in dem Siliziumsubstrat 10. Die weiteren in den 7 bis 9 dargestellten Verfahrensschritte entsprechen denen der 2 bis 4. Im Weiteren wird, wie in 10 schematisch dargestellt, ein Metall und eine den ersten Dotierstoff enthaltende Paste 30 auf die Hochdotierungsbereiche aufgebracht, beispielweise mittels Siebdruckens der Paste 30 in die Öffnungen 20. In einem Temperschritt wird, vorzugsweise bei Temperaturen über 750°C, der erste Dotierstoff aus der Paste 30 heraus in den Hochdotierungsbereichen 18 in das Siliziumsubstrat 10 eindiffundiert 90. Gleichzeitig wird Metall aus der Paste 30 eingesintert 90 und es werden auf diese Weise Kontakte ausgebildet. Während der Eindiffusion 90 des ersten Dotierstoffs in das Siliziumsubstrat 10 wirkt die als Diffusionsbarriere ausgebildete Siliziumoxidschicht 13 einer Eindiffusion von erstem Dotierstoff in die unterhalb der Siliziumoxidschicht 13 gelegenen Bereiche entgegen. Ein Eintrag von erstem Dotierstoff erfolgt somit nur durch die Öffnung 20 hindurch, sodass in dem Hochdotierungsbereich 18 ein stark dotierter Bereich 22 ausgebildet wird, welcher in Verbindung mit den verbliebenen schwach dotierten Bereichen 24 eine zweistufige Dotierung darstellt, die beispielsweise als selektiver Emitter ausgestaltet werden kann. Im Ergebnis entspricht somit die Darstellung der 10 derjenigen der 5.
Sowohl in dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 wie auch in dem Ausführungsbeispiel der 6 bis 10 kann die Siliziumoxidschicht 12, 13 nach der Eindiffusion 88, 90 entfernt werden. Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 erfolgt das vorteilhafterweise zusammen mit einem Entfernen eines während des Eindiffusionsvorgangs 88 gebildeten Phosphorglases.
Bezugszeichenliste

10: Siliziumsubstrat
12: Siliziumoxidschicht
13: Siliziumoxidschicht
14: Siliziumschicht
16: Laserstrahlung
18: Hochdotierungsbereich
20: Öffnung
22: stark dotierter Bereich
24: schwach dotierter Bereich
30: Metall und ersten Dotierstoff enthaltende Paste
80: Aufbringen Siliziumschicht
82: Lokales Entfernen Siliziumschicht
84: Ätzen Siliziumoxidschicht
86: Entfernen Siliziumschicht/Anätzen in Hochdotierungsbereich
88: Eindiffusion erster Dotierstoff
90: Eindiffusion erster Dotierstoff aus Paste

Claims

Verfahren zur Laserstrukturierung eines für eine Laserstrahlung (16) transparenten Mediums (12), bei welchem – auf das transparente Medium (12) eine die Laserstrahlung absorbierende Absorberschicht (14) aufgebracht wird (80); – die Absorberschicht (14) mittels lokaler Bestrahlung mit der Laserstrahlung (16) lokal entfernt wird (82); – das transparente Medium (12) in denjenigen Bereichen, in welchen die Absorberschicht (14) entfernt wurde, mittels eines Ätzmediums geätzt wird (84), während das transparente Medium (12) in den übrigen Bereichen durch die Absorberschicht (14) wenigstens zeitweise gegenüber einer Einwirkung des Ätzmediums geschützt wird (84).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als transparentes Medium (12) eine Siliziumoxidschicht (12) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Absorberschicht (14) ein Element aus einer Gruppe bestehend aus einer Siliziumschicht (14), einer Siliziumnitridschicht und einer Kunststoffschicht aufgebracht wird (80), wobei bevorzugt eine Siliziumschicht (14) als Absorberschicht (14) aufgebracht wird (80).
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Absorberschicht (14) eine Siliziumschicht (14) aufgebracht wird (80) mittels einer chemischen Abscheidung aus einer Dampfphase bei niedrigem Druck, wobei die Abscheidung bei Temperaturen über 600°C, vorzugsweise über 700°C, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Absorberschicht (14) eine Siliziumschicht (14) aufgebracht wird (80) mittels einer plasmagetriebenen chemischen Abscheidung aus einer Dampfphase, wobei die Abscheidung bei Temperaturen größer 20°C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 20°C und 600°C und besonders bevorzugt bei Temperaturen zwischen 350°C und 500°C erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Laserstrahlung (16) grünes Licht verwendet wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer zweistufigen Dotierung, bei welcher – eine die Eindiffusion von Dotierstoff in ein Halbleitersubstrat hemmende Schicht (12) als transparentes Medium (12) auf einem Halbleitersubstrat (10) ausgebildet und die Absorberschicht (14) auf diese hemmende Schicht aufgebracht wird (80); – die Absorberschicht (14) in wenigstens einem Hochdotierungsbereich (18) mittels lokaler Bestrahlung mit der Laserstrahlung (16) lokal entfernt wird (82); – in dem wenigstens einen Hochdotierungsbereich (18) die hemmende Schicht (12) mittels des Ätzmediums lokal entfernt und auf diese Weise mindestens eine Öffnung in der hemmenden Schicht (12) ausgebildet wird (84); – durch die mindestens eine Öffnung (20) hindurch ein erster Dotierstoff in das Halbleitersubstrat (10) eindiffundiert wird (88).
Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (10) in dem wenigstens einen Hochdotierungsbereichen (18) angeätzt wird (86), bevor der erste Dotierstoff durch die mindestens eine Öffnung (20) hindurch in das Halbleitersubstrat (10) eindiffundiert wird (88).
Verwendung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (14) entfernt wird, bevor der erste Dotierstoff durch die mindestens eine Öffnung (20) hindurch in das Halbleitersubstrat (10) eindiffundiert wird (88), wobei die Absorberschicht (14) vorzugsweise nasschemisch entfernt wird (86) und besonders bevorzugt bei der Entfernung (86) der Absorberschicht (14) das Halbleitersubstrat (10) in dem wenigstens einen Hochdotierungsbereich (18) angeätzt wird (86).
Verwendung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der hemmenden Schicht (13) auf das Halbleitersubstrat (110) ein zweiter Dotierstoff in das Halbleitersubstrat (10) eindiffundiert wird und die hemmende Schicht (13) als Diffusionsbarriere gegenüber einer Eindiffusion (88) von erstem Dotierstoff ausgebildet wird.
Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Eindiffusion (90) des ersten Dotierstoffs in das Halbleitersubstrat (10) durch die mindestens eine Öffnung (20) hindurch eine den ersten Dotierstoff und Metall enthaltende Paste (30) auf den wenigstens einen Hochdotierungsbereich (18) aufgebracht und gesintert wird, vorzugsweise bei Temperaturen über 750°C.
Verwendung nach einem der Ansprüche 7 bis dieser 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem gemeinsamen Diffusionsschritt (88) der erste Dotierstoff durch die mindestens eine Öffnung (20) hindurch in das Halbleitersubstrat (10) eindiffundiert wird (88) und gleichzeitig erster Dotierstoff durch die hemmende Schicht (12) hindurch in das Halbleitersubstrat (10) eindiffundiert wird (88).
Verwendung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Solarzelle mit einer zweistufigen Dotierung hergestellt wird, wobei als Halbleitersubstrat (10) bevorzugt ein Siliziumsubstrat (10) verwendet wird.