RU2756198C1 - Method for manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter - Google Patents
Method for manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2756198C1 RU2756198C1 RU2021104843A RU2021104843A RU2756198C1 RU 2756198 C1 RU2756198 C1 RU 2756198C1 RU 2021104843 A RU2021104843 A RU 2021104843A RU 2021104843 A RU2021104843 A RU 2021104843A RU 2756198 C1 RU2756198 C1 RU 2756198C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ohmic contact
- anode
- frontal
- ohmic
- semiconductor plate
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 51
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 29
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 25
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 12
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 11
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 10
- 238000005507 spraying Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 27
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 24
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 AuGeNi Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-AKLPVKDBSA-N gold-200 Chemical compound [200Au] PCHJSUWPFVWCPO-AKLPVKDBSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к способу изготовления фотоэлектрических преобразователей, и может быть использовано в электронной промышленности для преобразования световой энергии в электрическую.The invention relates to solar energy, in particular to a method for manufacturing photovoltaic converters, and can be used in the electronics industry to convert light energy into electrical energy.
При изготовлении фотоэлектрического преобразователя на стадии постростовой обработки важным фактором является высокая равномерность формирования омических контактов. Стандартный размер космического каскадного фотоэлектрического преобразователя 4×8 см2 приводит к существенному усложнению технологии постростовой обработки гетероструктур при создании шин омических контактов длиной порядка 4 см, обладающих хорошей адгезией, низким омическим сопротивлением, высокой электрической проводимостью и высокой степенью равномерности по толщине на всей площади фотоэлектрического преобразователя.In the manufacture of a photoelectric converter at the stage of postgrowth processing, an important factor is the high uniformity of the formation of ohmic contacts. The standard size of a space cascade photovoltaic converter 4 × 8 cm 2 leads to a significant complication of the technology of postgrowth processing of heterostructures when creating ohmic contact buses with a length of about 4 cm, which have good adhesion, low ohmic resistance, high electrical conductivity, and a high degree of thickness uniformity over the entire area of the photovoltaic converter.
Известен способ изготовления омических контактов полупроводникового прибора (см. патент US 6033976, МПК H01L 21/285, H01L 29/40, H01L 29/45, опубликован 07.03.2000), включающий формирование на поверхности n+-GaAs слоя полупроводниковой пластины фоторезистивной маски с рисунком контактов полупроводникового прибора, напыление слоев контактной металлизации никеля, золота, германия, удаление фоторезистивной маски, проведение термообработки полупроводниковой пластины при температуре (400-750)°С. Вместо золота может быть использовано серебро, платина, палладий.A known method of manufacturing ohmic contacts of a semiconductor device (see patent US 6033976, IPC H01L 21/285, H01L 29/40, H01L 29/45, published 03/07/2000), including the formation on the surface of the n + -GaAs semiconductor wafer layer of a photoresistive mask with pattern of contacts of a semiconductor device, deposition of layers of contact metallization of nickel, gold, germanium, removal of the photoresist mask, heat treatment of the semiconductor wafer at a temperature of (400-750) ° C. Silver, platinum, palladium can be used instead of gold.
В известном способе изготовления омических контактов образующийся после термообработки композиционный слой Ni-Ge не обеспечивает адгезии последующего электрохимически наращиваемого слоя серебра, что приводит к отслаиванию токосъемной шины фотоэлектрического преобразователя.In the known method of manufacturing ohmic contacts, the Ni-Ge composite layer formed after heat treatment does not provide adhesion of the subsequent electrochemically growing silver layer, which leads to peeling of the current collector bus of the photoelectric converter.
Известен способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя (см. патент US 9269784, МПК H01L 29/7786, опубликован 23.02.2016), включающий формирование на подложке из GaAs первого полупроводникового слоя, второго полупроводникового слоя, контактного слоя и проводящего слоя омического контакта. Создание омического контакта проводят осаждением слоев металлов из следующей группы: Ti, Al, Ni, W, Ge, Pt, Pd, Cu или их комбинации, или их сплавов.A known method of manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter (see patent US 9269784, IPC H01L 29/7786, published 02.23.2016), including the formation on a GaAs substrate of the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the contact layer and the conductive layer of the ohmic contact. The creation of ohmic contact is carried out by deposition of layers of metals from the following group: Ti, Al, Ni, W, Ge, Pt, Pd, Cu or their combination, or their alloys.
Недостатком известного способа изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя является малая толщина омического контакта, и, как следствие, низкая электрическая проводимость контакта, что ведет к увеличению омических потерь и снижению мощности преобразуемого излучения.The disadvantage of the known method of manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter is the small thickness of the ohmic contact, and, as a consequence, low electrical conductivity of the contact, which leads to an increase in ohmic losses and a decrease in the power of the converted radiation.
Известен способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя (см. патент CN 104733556, МПК H01L 31/0216, H01L 31/18, опубликован 01.02.2017), включающий создание на полупроводниковой гетероструктуре антиотражающего покрытия, фронтального омического контакта путем последовательного электронно-лучевого испарения Au, AuGeNi, Au, Ag, Au, общей толщиной порядка 5 мкм с использованием технологии взрывной фотолитографии, тыльного омического контакта путем последовательного электронно-лучевого испарения Ti, Pd, Ag, общей толщиной порядка 3 мкм.A known method of manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter (see patent CN 104733556, IPC H01L 31/0216, H01L 31/18, published 02/01/2017), including the creation of an antireflection coating on a semiconductor heterostructure, a front ohmic contact by sequential electron beam evaporation of Au, AuGeNi, Au, Ag, Au, with a total thickness of about 5 microns using explosive photolithography technology, back ohmic contact by sequential electron-beam evaporation of Ti, Pd, Ag, with a total thickness of about 3 microns.
Недостатком известного способа изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя является большой расход дорогостоящих материалов омических контактов при использовании технологии электроннолучевого испарения, а также сложность проведения взрывной фотолитографии при напылении слоев более 3 мкм.The disadvantage of the known method of manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter is the high consumption of expensive materials of ohmic contacts when using electron beam evaporation technology, as well as the complexity of explosive photolithography when layers of more than 3 μm are deposited.
Известен способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя (см. патент RU 2687851, МПК H01L 31/18, опубликован 26.05.2019), включающий напыление на гетероструктуру А3В5 основы фронтального омического контакта через первую фоторезистивную маску с рисунком фронтального омического контакта и основы тыльного омического контакта, термообработку полученной структуры, формирование фронтального омического контакта через вторую фоторезистивную маску и тыльного омического контакта путем электрохимического осаждения золота в импульсном режиме при частоте импульсного сигнала (30-200) Гц, коэффициенте заполнения 0,2-0,5 сначала при плотности тока (0,002-0,005) мА/мм2 (1-2) минуты, а затем при плотности тока (0,02-0,05) мА/мм2 до заданной толщины. При этом фронтальный омический контакт формируют через вторую фоторезистивную маску с суженным на (0,5-1,0) мкм рисунком фронтального омического контакта.A method for manufacturing a photoelectric converter ohmic contacts (See. Patent RU 2687851, IPC H01L 31/18, published 05.26.2019), comprising sputtering on a heterostructure A 3 B 5 bases front ohmic contact through the first photoresist mask to pattern the ohmic contact front and rear bases ohmic contact, heat treatment of the resulting structure, formation of a frontal ohmic contact through a second photoresist mask and a rear ohmic contact by electrochemical deposition of gold in a pulsed mode at a pulse signal frequency (30-200) Hz, a fill factor of 0.2-0.5 first at a current density (0.002-0.005) mA / mm 2 (1-2) minutes, and then at a current density of (0.02-0.05) mA / mm 2 to the specified thickness. In this case, the frontal ohmic contact is formed through the second photoresistive mask with a pattern of the frontal ohmic contact narrowed by (0.5-1.0) μm.
Недостатком известного способа изготовления омических контактов каскадного фотопреобразователя является низкая равномерность по толщине омического контакта при обработке гетероструктур большой площади.The disadvantage of the known method of manufacturing ohmic contacts of a cascade photoconverter is the low uniformity of the ohmic contact thickness when processing large-area heterostructures.
Известен способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя (см. патент RU 2730050, МПК H01L 31/18, опубликован 25.04.2019), включающий создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры GaInP/GaInAs/Ge фоторезистивной маски с рисунком фронтального омического контакта, напыление фронтального омического контакта, удаление фоторезиста, напыление слоев тыльного омического контакта и отжиг контактов. Напыление фронтального и тыльного омических контактов проводят путем последовательного нанесения слоев титана толщиной (5-10) нм, золота толщиной (100-120) нм, серебра толщиной (5-6) мкм, золота 200 нм (Ti/Au/Ag/Au) методом термического испарения в вакууме. Известный способ обеспечивает сокращение времени изготовления фотоэлектрических преобразователей и упрощение процесса создания контактов.A known method of manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter (see patent RU 2730050, IPC H01L 31/18, published on April 25, 2019), including the creation on a germanium substrate with grown epitaxial layers of a three-stage GaInP / GaInAs / Ge photoresist mask with a pattern of a front ohmic contact, deposition of the front ohmic contact, removal of the photoresist, deposition of layers of the rear ohmic contact and annealing of the contacts. The deposition of the front and rear ohmic contacts is carried out by sequential deposition of layers of titanium (5-10) nm thick, gold (100-120) nm thick, silver (5-6) microns thick, gold 200 nm (Ti / Au / Ag / Au) by thermal evaporation in a vacuum. The known method provides a reduction in the production time of photoelectric converters and a simplification of the process of creating contacts.
Недостатком известного способа изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя является сложность проведения взрывной фотолитографии при термическом напылении материалов фронтального омического контакта толщиной более 5 мкм, а также большой расход испаряемых дорогостоящих материалов.The disadvantage of the known method for manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter is the complexity of explosive photolithography during thermal spraying of materials of a frontal ohmic contact with a thickness of more than 5 μm, as well as a high consumption of expensive evaporated materials.
Известен способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя (см. патент RU 2357326, МПК H01L 31/18, опубликован 27.05.2009), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Способ-прототип включает напыление на полупроводниковую пластину основы тыльного омического контакта, наращивание основы тыльного омического контакта электрохимическим осаждением серебра, создание первой фоторезистивной маски с рисунком фронтального омического контакта фотоэлектрического преобразователя, напыление основы фронтального омического контакта, удаление первой фоторезистивной маски, проведение термообработки полупроводниковой пластины, создание второй фоторезистивной маски с расширенным рисунком фронтального омического контакта фотоэлектрического преобразователя, наращивание фронтального омического контакта электрохимическим осаждением серебра. Раздельное наращивание основы фронтального и тыльного омических контактов проводят в импульсном режиме при горизонтальном расположении пластины над поверхностью электролита, причем после осаждения серебра наращивают защитный слой золота.There is a known method of manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter (see patent RU 2357326, IPC H01L 31/18, published on 05/27/2009), which coincides with the present solution in terms of the largest number of essential features and is taken as a prototype. The prototype method includes spraying a base of a rear ohmic contact on a semiconductor wafer, building up a base of a rear ohmic contact by electrochemical deposition of silver, creating a first photoresist mask with a pattern of a frontal ohmic contact of a photoelectric converter, spraying a base of a frontal ohmic contact, removing the first photoresistive mask, conducting heat treatment of a semiconductor wafer, creation of a second photoresist mask with an expanded pattern of the frontal ohmic contact of the photoelectric converter, building up the frontal ohmic contact by electrochemical deposition of silver. Separate build-up of the base of the front and rear ohmic contacts is carried out in a pulsed mode with a horizontal arrangement of the plate above the electrolyte surface, and after the deposition of silver, a protective layer of gold is built up.
Недостатком известного способа-прототипа является низкая равномерность толщины электрохимически осаждаемого слоя серебра при диаметре пластины более 2,5 см при стационарном расположении пластины над поверхностью электролита, а также низкая технологичность производственного процесса при раздельном наращивании основы фронтального и тыльного омических контактов.The disadvantage of the known prototype method is the low uniformity of the thickness of the electrochemically deposited silver layer with a plate diameter of more than 2.5 cm with a stationary location of the plate above the electrolyte surface, as well as low manufacturability of the production process with separate build-up of the base of the frontal and rear ohmic contacts.
Задачей настоящего технического решения является снижение омических потерь путем увеличения равномерности толщины омических контактов фотопреобразователя по всей площади полупроводниковой пластины, при сниженной стоимости технологического процесса.The objective of this technical solution is to reduce ohmic losses by increasing the uniformity of the thickness of the ohmic contacts of the photoconverter over the entire area of the semiconductor wafer, at a reduced cost of the technological process.
Поставленная задача достигается тем, что способ изготовления омических контактов фотопреобразователя включает напыление на полупроводниковую пластину основы тыльного омического контакта, основы фронтального омического контакта через первую фоторезистивную маску с рисунком фронтального омического контакта, удаление первой фоторезистивной маски, термообработку полупроводниковой пластины, формирование фронтального омического контакта через вторую фоторезистивную маску и тыльного омического контакта путем электрохимического осаждения слоя серебра и защитного слоя золота при горизонтальном расположении гетероструктуры и удаление второй фоторезистивной маски. Новым в способе является то, что электрохимическое осаждение слоя серебра осуществляют при постоянном токе и перемешивании электролита одновременно на фронтальную и тыльную стороны полупроводниковой пластины, расположенной под анодом и обращенной к нему фронтальной стороной, анод возвратно поступательно перемещают со скоростью (1-5) см/мин на расстояние (5-10) см относительно полупроводниковой пластины, при этом полупроводниковую пластину и анод вращают вокруг вертикальной оси со скоростью (2-60) об/ч при периодическом изменении направления вращения.The task is achieved by the fact that the method for manufacturing ohmic contacts of a photoconverter includes deposition on a semiconductor plate of the base of the rear ohmic contact, the base of the frontal ohmic contact through the first photoresist mask with a pattern of the frontal ohmic contact, removal of the first photoresistive mask, heat treatment of the semiconductor wafer, formation of the second frontal ohmic contact through the second a photoresist mask and a rear ohmic contact by electrochemical deposition of a silver layer and a protective gold layer with a horizontal heterostructure and removal of the second photoresist mask. The novelty in the method is that the electrochemical deposition of the silver layer is carried out at a constant current and stirring of the electrolyte simultaneously on the front and back sides of the semiconductor plate located under the anode and the front side facing it, the anode is reciprocally moved at a speed of (1-5) cm / min at a distance of (5-10) cm relative to the semiconductor wafer, while the semiconductor wafer and the anode are rotated around the vertical axis at a speed of (2-60) rev / h with a periodic change in the direction of rotation.
Омические контакты могут быть нанесены на полупроводниковую пластину, выполненную в виде гетероструктуры А3В5.Ohmic contacts can be applied to a semiconductor wafer made in the form of an A 3 B 5 heterostructure.
Комбинированное перемешивание электролита при электрохимическом осаждении, включающее в себя вращение полупроводниковой пластины и анода вокруг вертикальной оси с одновременной циркуляцией электролита и возвратно поступательным перемещением анода со скоростью (1-5) см/мин на расстояние (5-10) см относительно полупроводниковой пластины, а также горизонтальное расположение полупроводниковой пластины с обращенной к аноду фронтальной стороной обеспечивает увеличение равномерности толщины осаждаемого слоя серебра на большой площади полупроводниковой пластины, диаметр которой может достигать (2,5-10,0) см.Combined stirring of the electrolyte during electrochemical deposition, including the rotation of the semiconductor plate and the anode around the vertical axis with simultaneous circulation of the electrolyte and reciprocating movement of the anode at a speed of (1-5) cm / min at a distance (5-10) cm relative to the semiconductor plate, and Also, the horizontal arrangement of the semiconductor wafer with the front side facing the anode provides an increase in the uniformity of the thickness of the deposited silver layer over a large area of the semiconductor wafer, the diameter of which can reach (2.5-10.0) cm.
Одновременное осаждение слоя серебра на фронтальную и тыльную сторону полупроводниковой пластины уменьшает число технологических операций, увеличивает технологичность пост-ростового маршрута, что особенно важно при обработке пластин большой площади.Simultaneous deposition of a silver layer on the front and back sides of the semiconductor wafer reduces the number of technological operations and increases the manufacturability of the post-growth route, which is especially important when processing large-area wafers.
Осаждение слоя серебра на постоянном токе способствует равномерному наращиванию омических контактов без образования дендритов на полупроводниковой пластине даже на тыльной стороне при одновременном осаждении серебра.DC deposition of a silver layer promotes uniform growth of ohmic contacts without the formation of dendrites on the semiconductor wafer even on the back side while simultaneously depositing silver.
Горизонтальное расположение полупроводниковой пластины под анодом с обращенной к нему фронтальной стороной обеспечивает увеличение равномерности толщины осаждаемого слоя серебра за счет отсутствия на поверхности полупроводниковой пластины пузырьков водорода, образующихся при выделении водорода в ходе протекания электрохимических реакций. В способе-прототипе расположение полупроводниковой пластины над анодом и электролитом приводит к тому, что образующиеся пузырьки водорода поднимаются на поверхность электролита и скапливаются на полупроводниковой пластине, расположенной фронтальной стороной вниз на поверхности электролита, что препятствует равномерному наращиванию омического контакта.The horizontal arrangement of the semiconductor wafer under the anode with the front side facing it provides an increase in the uniformity of the thickness of the deposited silver layer due to the absence of hydrogen bubbles on the semiconductor wafer surface, which are formed during the evolution of hydrogen during the course of electrochemical reactions. In the prototype method, the location of the semiconductor plate over the anode and the electrolyte leads to the fact that the resulting hydrogen bubbles rise to the electrolyte surface and accumulate on the semiconductor wafer located front side down on the electrolyte surface, which prevents uniform build-up of ohmic contact.
Возвратно поступательное перемещение анода со скоростью (1-5) см/мин на расстояние (5-10) см относительно полупроводниковой пластины обусловлено тем, что перемещение анода со скоростью менее 1 см/мин не оказывает необходимого влияния на протекание процесса, а перемещение анода со скоростью более 5 см/мин ведет к направленному движению электролита с большой скоростью, что негативно сказывается на равномерности наращивания омического контакта, при расстоянии менее 5 см осуществляется искажение силовых линий, что ведет к снижению равномерности наращиваемого слоя серебра, а при расстоянии более 10 см происходит снижение скорости процесса, что технологически нецелесообразно.The reciprocating movement of the anode at a speed of (1-5) cm / min at a distance (5-10) cm relative to the semiconductor plate is due to the fact that the movement of the anode at a speed of less than 1 cm / min does not have the necessary effect on the course of the process, and the movement of the anode with with a speed of more than 5 cm / min leads to a directed movement of the electrolyte at a high speed, which negatively affects the uniformity of the ohmic contact build-up, at a distance of less than 5 cm, the field lines are distorted, which leads to a decrease in the uniformity of the silver layer being built up, and at a distance of more than 10 cm, reducing the speed of the process, which is technologically impractical.
Вращение полупроводниковой пластины и анода вокруг вертикальной оси со скоростью (2-60) об/ч обусловлено тем, что вращение менее 2 об/ч не оказывает необходимого влияния на протекание процесса, а вращение более 60 об/ч ведет к направленному движению электролита с большой скоростью, что негативно сказывается на равномерности наращивания омического контакта.The rotation of the semiconductor wafer and the anode around the vertical axis at a speed of (2-60) rpm speed, which negatively affects the uniformity of the ohmic contact build-up.
Настоящий способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя осуществляют следующим образом. На полупроводниковую пластину, например, фоточувствительную полупроводниковую гетероструктуру А3В5 напыляют основу тыльного омического контакта. Далее создают первую фоторезистивную маску с рисунком основы фронтального омического контакта. Напыляют основу фронтального омического контакта, затем удаляют первую фоторезистивную маску вместе с напыленными на нее слоями основы фронтального омического контакта. Проводят термообработку полученной полупроводниковой пластины при температуре (360-400)°С в течение (30-60) сек. Затем создают вторую фоторезистивную маску с рисунком фронтального омического контакта. Устанавливают полупроводниковую пластину и анод в ванне с электролитом параллельно друг другу, при этом полупроводниковую пластину располагают фронтальной стороной вверх под анодом. Анод возвратно поступательно перемещают со скоростью (1-5) см/мин на расстояние (5-10) см относительно полупроводниковой пластины. Возвратно поступательное перемещение задают, например, шаговым двигателем. Одновременно анод и пластину вращают вокруг вертикальной оси со скоростью (2-60) оборотов в час при периодическом изменении направления вращения и осуществляют циркуляцию электролита. Проводят формирование фронтального и тыльного омических контактов путем электрохимического осаждения слоя серебра на постоянном токе, например, при плотности тока (0,01-0,03) мА/мм2 до толщины (5-7) мкм. Проводят электрохимическое осаждение защитного слоя золота в режиме импульсного тока при плотности тока, например, (0,03-0,05) мА/мм2 до толщины (0,1-0,2) мкм, после чего удаляют вторую фоторезистивную маску.The present method of manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter is carried out as follows. On a semiconductor wafer, for example, a photosensitive semiconductor heterostructure A 3 B 5, the base of the rear ohmic contact is sprayed. Next, create the first photoresist mask with a pattern of the base of the frontal ohmic contact. The base of the frontal ohmic contact is sprayed on, then the first photoresist mask is removed together with the layers of the base of the frontal ohmic contact deposited on it. Heat treatment of the obtained semiconductor wafer is carried out at a temperature of (360-400) ° C for (30-60) sec. Then create a second photoresist mask with a pattern of frontal ohmic contact. Install the semiconductor plate and the anode in the bath with the electrolyte parallel to each other, while the semiconductor plate is placed front side up under the anode. The anode is reciprocally moved at a speed of (1-5) cm / min at a distance (5-10) cm relative to the semiconductor wafer. The reciprocating movement is set, for example, by a stepper motor. Simultaneously, the anode and the plate are rotated around the vertical axis at a speed of (2-60) revolutions per hour with a periodic change in the direction of rotation, and the electrolyte is circulated. The formation of the frontal and rear ohmic contacts is carried out by electrochemical deposition of a silver layer at a direct current, for example, at a current density of (0.01-0.03) mA / mm 2 to a thickness of (5-7) microns. Electrochemical deposition of a protective layer of gold is carried out in a pulsed current mode at a current density, for example, (0.03-0.05) mA / mm 2 to a thickness of (0.1-0.2) μm, after which the second photoresist mask is removed.
Пример 1. На полупроводниковую пластину в виде фоточувствительной полупроводниковой гетероструктуры GaInP/GaInAs/Ge, выращенной на подложке германия р-типа проводимости, напылили основу тыльного омического контакта Ag(Mn)/Ni/Au. Сформировали первую фоторезистивную маску с рисунком основы фронтального омического контакта и напылили основу фронтального омического контакта Au(Ge)/Ni/Au. Удалили первую фоторезистивную маску вместе с напыленной на нее основой фронтального омического контакта. Провели термообработку полученной структуры при температуре 360°С в течение 30 секунд. Затем сформировали вторую фоторезистивную маску с рисунком фронтального омического контакта. Расположили в ванне с электролитом гетероструктуру и анод параллельно друг другу, при этом гетероструктура была расположена фронтальной стороной вверх под анодом. Установили значения вертикального колебания анода со скоростью 1 см/мин при переменном расстоянии между анодом и гетероструктурой в диапазоне (5-10) см, задали частоту вращения анода и гетероструктуры вокруг вертикальной оси 2 об/ч при периодическом изменении направления вращения и осуществили циркуляцию электролита в ванне. Провели формирование фронтального омического контакта через вторую фоторезистивную маску и тыльного омического контакта путем электрохимического осаждения серебра из электролита серебрения на постоянном токе при плотности тока 0,01 мА/мм2 до толщины 5 мкм. Провели электрохимическое осаждение слоя золота из цианистого электролита золочения в режиме импульсного тока при плотности тока 0,03 мА/мм2 до толщины 0,1 мкм и затем удалили вторую фоторезистивную маску.Example 1. On a semiconductor wafer in the form of a GaInP / GaInAs / Ge photosensitive semiconductor heterostructure grown on a p-type germanium substrate, the base of the Ag (Mn) / Ni / Au rear ohmic contact was deposited. Formed the first photoresist mask with a pattern of the base of the frontal ohmic contact and deposited the base of the frontal ohmic contact Au (Ge) / Ni / Au. The first photoresist mask was removed together with the base of the frontal ohmic contact deposited on it. Conducted heat treatment of the resulting structure at a temperature of 360 ° C for 30 seconds. Then a second photoresistive mask was formed with a pattern of a frontal ohmic contact. The heterostructure and the anode were placed in a bath with an electrolyte parallel to each other, while the heterostructure was located front side up under the anode. The values of the vertical vibration of the anode at a rate of 1 cm / min were established with a variable distance between the anode and the heterostructure in the range (5-10) cm, the frequency of rotation of the anode and the heterostructure around the vertical axis was set at 2 r / h with a periodic change in the direction of rotation, and the electrolyte was circulated in bath. Conducted the formation of a frontal ohmic contact through a second photoresist mask and a rear ohmic contact by electrochemical deposition of silver from a silvering electrolyte at a constant current at a current density of 0.01 mA / mm 2 to a thickness of 5 μm. Conducted electrochemical deposition of a layer of gold from a cyanide gilding electrolyte in a pulsed current mode at a current density of 0.03 mA / mm 2 to a thickness of 0.1 μm and then removed the second photoresist mask.
Пример 2. На полупроводниковую пластину в виде фоточувствительной полупроводниковой гетероструктура GaInP/GaInAs/Ge, выращенной на подложке германия р-типа проводимости, напылили основу тыльного омического контакта Cr/Au. Сформировали первую фоторезистивную маску с рисунком основы фронтального омического контакта и напылили основу фронтального омического контакта Au(Ge)/Ni/Au. Удалили первую фоторезистивную маску вместе с напыленной на нее основой фронтального омического контакта. Провели термообработку полученной структуры при температуре 400°С в течение 30 секунд. Затем сформировали вторую фоторезистивную маску с рисунком фронтального омического контакта. Расположили в ванне с электролитом гетероструктуру и анод параллельно друг другу, при этом гетероструктура была расположена фронтальной стороной вверх под анодом. Установили значения вертикального колебания анода со скоростью 2 см/мин при переменном расстоянии между анодом и гетероструктурой в диапазоне (6-9) см, задали частоту вращения анода и гетероструктуры вокруг вертикальной оси 60 об/ч при периодическом изменении направления вращения и осуществили циркуляцию электролита в ванне. Провели формирование фронтального омического контакта через вторую фоторезистивную маску и тыльного омического контакта путем электрохимического осаждения серебра из электролита серебрения на постоянном токе при плотности тока 0,02 мА/мм2 до толщины 7 мкм. Провели электрохимическое осаждение слоя золота из цианистого электролита золочения в режиме импульсного тока при плотности тока 0,05 мА/мм2 до толщины 0,2 мкм и затем удалили вторую фоторезистивную маску.Example 2. On a semiconductor wafer in the form of a photosensitive semiconductor heterostructure GaInP / GaInAs / Ge, grown on a p-type germanium substrate, the base of the rear ohmic contact Cr / Au was deposited. Formed the first photoresist mask with a pattern of the base of the frontal ohmic contact and deposited the base of the frontal ohmic contact Au (Ge) / Ni / Au. The first photoresist mask was removed together with the base of the frontal ohmic contact deposited on it. Conducted heat treatment of the resulting structure at a temperature of 400 ° C for 30 seconds. Then a second photoresistive mask was formed with a pattern of a frontal ohmic contact. The heterostructure and the anode were placed in a bath with an electrolyte parallel to each other, while the heterostructure was located front side up under the anode. The values of the vertical vibration of the anode at a rate of 2 cm / min were established with a variable distance between the anode and the heterostructure in the range (6-9) cm, the rotation frequency of the anode and the heterostructure around the vertical axis was set to 60 rpm with a periodic change in the direction of rotation, and the electrolyte was circulated in bath. Conducted the formation of a frontal ohmic contact through a second photoresist mask and a rear ohmic contact by electrochemical deposition of silver from a silvering electrolyte at a constant current at a current density of 0.02 mA / mm 2 to a thickness of 7 μm. Conducted electrochemical deposition of a layer of gold from a cyanide gilding electrolyte in a pulsed current mode at a current density of 0.05 mA / mm 2 to a thickness of 0.2 μm and then removed the second photoresist mask.
Пример 3. На полупроводниковую пластину в виде фоточувствительной полупроводниковой гетероструктуры AlGaAs/GaAs, выращенной на подложке арсенида галлия n-типа проводимости, напылили основу тыльного омического контакта Au(Ge)/Ni/Au. Сформировали первую фоторезистивную маску с рисунком основы фронтального омического контакта и напылили основу фронтального омического контакта Ag(Mn)/Ni/Au. Удалили первую фоторезистивную маску вместе с напыленной на нее основой фронтального омического контакта. Провели термообработку полученной структуры при температуре 370°С в течение 60 секунд. Затем сформировали вторую фоторезистивную маску с рисунком фронтального омического контакта. Расположили в ванне с электролитом гетероструктуру и анод параллельно друг другу, при этом гетероструктура была расположена фронтальной стороной вверх под анодом. Установили значения вертикального колебания анода со скоростью 5 см/мин при переменном расстоянии между анодом и гетероструктурой в диапазоне (5-8) см, задали частоту вращения анода и гетероструктуры вокруг вертикальной оси 5 об/ч при периодическом изменении направления вращения и осуществили циркуляцию электролита в ванне. Сформировали фронтальный омический контакт через вторую фоторезистивную маску и тыльный омический контакт путем электрохимического осаждения серебра из электролита серебрения на постоянном токе при плотности тока 0,03 мА/мм2 до толщины 6 мкм. Провели электрохимическое осаждение слоя золота из цианистого электролита золочения в режиме импульсного тока при плотности тока 0,04 мА/мм2 до толщины 0,15 мкм и затем удалили вторую фоторезистивную маску.Example 3. On a semiconductor wafer in the form of a photosensitive semiconductor heterostructure AlGaAs / GaAs grown on an n-type gallium arsenide substrate, the base of the Au (Ge) / Ni / Au rear ohmic contact was deposited. Formed the first photoresist mask with a pattern of the base of the frontal ohmic contact and deposited the base of the frontal ohmic contact Ag (Mn) / Ni / Au. The first photoresist mask was removed together with the base of the frontal ohmic contact deposited on it. Conducted heat treatment of the resulting structure at a temperature of 370 ° C for 60 seconds. Then a second photoresistive mask was formed with a pattern of a frontal ohmic contact. The heterostructure and the anode were placed in a bath with an electrolyte parallel to each other, while the heterostructure was located front side up under the anode. The values of the vertical vibration of the anode at a speed of 5 cm / min were established with a variable distance between the anode and the heterostructure in the range (5-8) cm, the rotation frequency of the anode and the heterostructure around the vertical axis was set at 5 rpm with a periodic change in the direction of rotation, and the electrolyte was circulated in bath. A frontal ohmic contact was formed through a second photoresist mask and a back ohmic contact by electrochemical deposition of silver from a silvering electrolyte at a direct current at a current density of 0.03 mA / mm 2 to a thickness of 6 μm. Conducted electrochemical deposition of a layer of gold from a cyanide gilding electrolyte in a pulsed current mode at a current density of 0.04 mA / mm 2 to a thickness of 0.15 μm and then removed the second photoresist mask.
Настоящий способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя позволил снизить омические потери за счет увеличения равномерности толщины омических контактов до (0,1-0,2) мкм при толщине (5-7) мкм по всей площади гетероструктуры диаметром (2,5-10,0) см. При этом достигнуто улучшение технологичности процесса постростовой обработки гетероструктур путем снижения стоимости и количества технологических операции при единовременном наращивании фронтального и тыльного контактов фотоэлектрического преобразователя.The present method of manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter made it possible to reduce ohmic losses by increasing the uniformity of the thickness of ohmic contacts to (0.1-0.2) μm with a thickness of (5-7) μm over the entire area of the heterostructure with a diameter of (2.5-10.0 ) see. At the same time, an improvement in the manufacturability of the process of postgrowth processing of heterostructures has been achieved by reducing the cost and number of technological operations with a simultaneous build-up of the front and rear contacts of the photoelectric converter.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021104843A RU2756198C1 (en) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Method for manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021104843A RU2756198C1 (en) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Method for manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2756198C1 true RU2756198C1 (en) | 2021-09-28 |
Family
ID=77999905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021104843A RU2756198C1 (en) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Method for manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2756198C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2419918C1 (en) * | 2010-02-24 | 2011-05-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ | Method for producing chips of solar photocells |
| WO2011149682A2 (en) * | 2010-05-25 | 2011-12-01 | Reel Solar Inc. | Apparatus and methods for fast chemical electrodeposition for fabrication of solar cells |
| US20150054036A1 (en) * | 2013-08-21 | 2015-02-26 | Global Communication Semiconductors, Inc. | Gallium Arsenide Based Device Having Non-Gold Ohmic Contacts |
| RU2650785C1 (en) * | 2017-01-30 | 2018-04-17 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") | Method of manufacturing a photopulator with nanostructural advanced coating |
| RU2687851C1 (en) * | 2018-11-12 | 2019-05-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of making ohmic contacts of photoelectric converter |
-
2021
- 2021-02-25 RU RU2021104843A patent/RU2756198C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2419918C1 (en) * | 2010-02-24 | 2011-05-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ | Method for producing chips of solar photocells |
| WO2011149682A2 (en) * | 2010-05-25 | 2011-12-01 | Reel Solar Inc. | Apparatus and methods for fast chemical electrodeposition for fabrication of solar cells |
| US20150054036A1 (en) * | 2013-08-21 | 2015-02-26 | Global Communication Semiconductors, Inc. | Gallium Arsenide Based Device Having Non-Gold Ohmic Contacts |
| RU2650785C1 (en) * | 2017-01-30 | 2018-04-17 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") | Method of manufacturing a photopulator with nanostructural advanced coating |
| RU2687851C1 (en) * | 2018-11-12 | 2019-05-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of making ohmic contacts of photoelectric converter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5258077A (en) | High efficiency silicon solar cells and method of fabrication | |
| US6331208B1 (en) | Process for producing solar cell, process for producing thin-film semiconductor, process for separating thin-film semiconductor, and process for forming semiconductor | |
| US5011567A (en) | Method of fabricating solar cells | |
| US5010040A (en) | Method of fabricating solar cells | |
| WO2002061850A1 (en) | Method for producing solar cell and solar cell | |
| US4468853A (en) | Method of manufacturing a solar cell | |
| EP2020687A1 (en) | Method for manufacturing electrodes of solar cell and electrochemical depositing apparatus | |
| JP3661836B2 (en) | Manufacturing method of solar cell | |
| KR100224553B1 (en) | Solar cell and preparation method thereof | |
| JP3115950B2 (en) | Photoelectric conversion device and method of manufacturing the same | |
| CN103178155A (en) | Polycrystalline silicon solar cell panel and manufacturing method thereof | |
| TW201101512A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| RU2419918C1 (en) | Method for producing chips of solar photocells | |
| US20230275175A1 (en) | Solar cells having hybrid architectures including differentiated p-type and n-type regions | |
| RU2756198C1 (en) | Method for manufacturing ohmic contacts of a photoelectric converter | |
| TW201314739A (en) | Semiconductor device including semiconductor layer and metal containing layer and method of forming same | |
| KR20120110101A (en) | Method for the light-induced, galvanic pulsed deposition for forming a seed layer for a metal contact of a solar cell and for the subsequent reinforcement of said seed layer or said metal contact and arrangement for carrying out the method | |
| RU2687851C1 (en) | Method of making ohmic contacts of photoelectric converter | |
| RU2368038C1 (en) | Method for manufacturing of multilayer photoconverter chips | |
| WO2019130859A1 (en) | Method for producing photoelectric conversion element, tool for plating, and plating apparatus | |
| JP2000036609A (en) | Manufacture of solar cell, manufacture of thin-film semiconductor, method for separating thin-film semiconductor, and method for forming semiconductor | |
| US4650695A (en) | Method of fabricating solar cells | |
| KR101050878B1 (en) | Silicon thin film solar cell and manufacturing method thereof | |
| CA1055617A (en) | Impatt diode production | |
| US20230420257A1 (en) | Chip with a Silicon Carbide Substrate |