ES2244184T3 - Procedimiento de interrupcion de peliculas metalicas. - Google Patents

Abstract

Un método para aislar eléctricamente regiones de una película metálica situada sobre una delicada estructura subyacente partiendo la película a lo largo de una línea predeterminada, incluyendo el método las etapas de: a) antes de formar la película metálica, formar una capa inerte, o sustancialmente inerte, sobre la estructura subyacente, al menos en la región de una brecha de aislamiento requerida, b) formar la película metálica sobre la estructura subyacente y la capa inerte, c) formar una serie de agujeros a través de la película metálica por ablación del material desde la película metálica a lo largo de la línea de aislamiento, para separar regiones adyacentes, usar un láser de impulsos de longitud de onda larga, caracterizado por la tasa de repetición del impulso láser, la velocidad de barrido, y seleccionándose la potencia para provocar la ablación incompleta del material a lo largo de la línea de aislamiento, mientras que se forman zonas adyacentes de masa fundida que se solapan, siendo el material sometido a ablación suficiente para permitir que se junten los agujeros adyacentes debido a la tensión superficial mientras el metal está fundido en la región de los agujeros, aunque dejando sin fracturas la capa inerte en la región de la línea de aislamiento.

Description

Procedimiento de interrupción de películas metálicas.

Introducción

La presente invención se refiere a un método según el preámbulo de la reivindicación 1.

Antecedentes de la invención

Una ventaja principal de los módulos fotovoltaicos (FV) de película fina sobre los módulos convencionales basados en pastillas, es que la interconexión en serie de las células individuales se puede realizar usando una película metálica depositada. Pero esta misma película que proporciona continuidad eléctrica desde una célula a la siguiente también cortocircuitará cada célula a no ser que la película metálica esté interrumpida entre cada uno de los contactos de tipo p y tipo n de las células.

Comúnmente, se usan tres técnicas para interrumpir una película metálica. Un método es hacer una marca mecánicamente, de parte a parte, en el metal. En un segundo método, se quita una tira de metal con un láser. Un tercer método es poner una cubierta protectora sobre el silicio durante la deposición del metal.

Marcado mecánico

Se puede arrastrar una herramienta con punta, a través de la superficie del metal, desprendiendo una estrecha tira de metal. Esta técnica funciona bien cuando el material subyacente es más duro que la punta de la herramienta. Pero el método únicamente funciona sobre superficies planas. En un módulo de películas finas basado en silicio policristalino (Si-pc), la textura de la superficie es esencial para atrapar la luz, y cualquier textura significativa hace imposible marcar el metal de forma limpia, de parte a parte, sin dejar puentes a través de la brecha ni dañar el silicio.

Ablación por láser

Una forma de tratar las superficies con textura es usar un láser para marcar el metal mediante ablación. Normalmente, en el procedimiento se daña el silicio subyacente. Esta técnica funciona en los módulos PV basados en el silicio amorfo (Si-a) porque el Si-a tiene una resistencia lateral muy alta, de forma que únicamente un área relativamente pequeña del módulo queda impactada por el daño. Pero en el Si-pc la resistencia lateral es de órdenes de magnitud inferior, de forma que una única derivación arruina a la célula completa.

En la tecnología de la células solares de silicio amorfo también se sabe situar una capa reflectante de la luz, o absorbente de la luz, bajo la región del metal que va a sufrir ablación para proteger al Si-a subyacente de daños durante el proceso de ablación.

La ablación por láser se usa también de forma rutinaria para recortar los valores del resistor durante la fabricación de circuitos integrados análogos. El recorte se hace en regiones inactivas donde el daño al silicio subyacente no afecta al funcionamiento del circuito. Pero en las células solares de Si-pc, una región inactiva necesitará estar eléctricamente aislada de ambas polaridades de la célula. Esta región inactiva aislará a la célula, por un lado, del contacto por el otro lado, y viceversa, de forma que no se podrá recoger corriente de la célula.

Protección por medio de una cubierta

El otro método para interrumpir la película metálica es poner una cubierta protectora enfrente de silicio durante la deposición del metal. La cubierta protectora puede estar compuesta de alambres paralelos tensos. Los alambres "sombrean" la deposición en pequeñas tiras del módulo, proporcionando la interrupción necesaria en la película metálica. Esta aproximación funciona en los módulos de Si-a porque los contactos de tipo n y de tipo p pueden estar separados ampliamente (típicamente 10 mm), dejando un espacio adecuado para alinear la cubierta protectora de alambre. La amplia separación de los contactos es el resultado de usar un óxido conductor transparente (OCT) junto con la película metálica para proporcionar una excelente conductancia lateral para ambas polaridades del contacto.

Hay tres problemas al usar un OCT en un módulo de Si-pc. En primer lugar, hay un riesgo de que el OCT contamine el silicio durante las etapas a elevadas temperaturas usadas para cristalizar y recocer la película de Si-pc. En segundo lugar, se espera que el OCT pueda introducir un una excesiva derivación donde se usan hendiduras provocadas por láser para definir los límites entre las células. En tercer lugar, el OCT será un añadido caro a la secuencia de fabricación del Si-pc. Hasta que estas tres cuestiones no se resuelven con éxito, no se puede usar un OCT para aumentar la conductancia lateral en un módulo de Si-pc. Debido a que las conductancias de las capas de Si-pc son de un orden de magnitud inferior a las del OCT, los contactos en el módulo de Si-pc deben estar más estrechamente espaciados (típicamente 1 mm), haciendo problemáticos los requisitos de alineación en la deposición de la cubierta protectora.

Las Patentes de EE.UU. números 5208437 y 4081653 describen, ambas, métodos para usar un láser con el fin de retirar metal de una superficie. La Patente de EE.UU. 5208437 usa impulsos láser de muy corta duración para quitar el metal en pequeños incrementos para evitar daños en el sustrato subyacente. Sin embargo, este procedimiento es lento y caro. Por otro lado, la Patente de EE.UU. 4081653 describe un método que usa un láser para calentar una región de un sustrato a través de una capa subyacente, para vaporizar el sustrato sin fundir la capa subyacente y originar, por ello, una expansión explosiva del material del sustrato vaporizado con el fin de retirar el recubrimiento subyacente. Este procedimiento destructivo no es aplicable a los módulos fotovoltaicos.

Las Patentes de EE.UU. números 4783421 y 4854974 describen métodos para formar hendiduras en una capa metálica de contacto, formada sobre la parte posterior de una serie de células solares de silicio amorfo, para separa las áreas de contacto de las células adyacentes. Este método depende de la formación de una barrera que absorba la luz, o que refleje la luz, situada sobre el material semiconductor de silicio amorfo antes de que se aplique el metal en forma de capa para proteger el silicio subyacente mientras que se forma por ablación la hendidura en el metal.

El documento US 4670639A, considerado el más puntero disponible en la técnica, describe un método según el preámbulo de la reivindicación 1.

Sumario de la invención

Según un primer aspecto, la presente invención proporciona un método para aislar eléctricamente regiones de una película metálica situada sobre una delicada estructura subyacente partiendo la película a lo largo de una línea predeterminada, incluyendo el método las etapas de:

a)

antes de formar la película metálica, formar una capa inerte, o sustancialmente inerte, sobre la estructura subyacente, al menos en una región de una brecha de aislamiento requerido;

b)

formar la película metálica sobre la estructura subyacente y la capa inerte;

c)

formar una serie de agujeros a través de la película metálica por ablación del material desde la película metálica a lo largo de la línea de aislamiento, para separar regiones adyacentes usando un láser de impulsos de larga longitud de onda, seleccionándose la tasa de repetición de los impulsos láser, la velocidad de barrido, y la potencia para provocar la ablación incompleta del material a lo largo de la línea de aislamiento, mientras que se forman zonas adyacentes de masa fundida que se solapan, siendo el material sometido a ablación suficiente para permitir que se junten los agujeros adyacentes debido a la tensión superficial mientras que el metal está fundido en la región de los agujeros, aunque dejando sin fracturas la capa inerte en la región de la línea de aislamiento.

Según un segundo aspecto, la presente invención proporciona un método de aplicación de una pluralidad de contactos de películas metálicas a un dispositivo semiconductor de película conductora fina, que incluye las etapas de:

a)

antes de formar la película metálica, formar una capa inerte, o sustancialmente inerte, sobre una estructura subyacente, de un dispositivo semiconductor al menos en la región de una brecha de aislamiento requerido;

b)

formar la película metálica sobre la estructura subyacente y la capa inerte;

c)

formar una serie de agujeros a través de la película metálica por ablación del material desde la película metálica a lo largo de la línea de aislamiento, para separar contactos adyacentes usando un láser de impulsos, de larga longitud de onda, seleccionándose la tasa de repetición de los impulsos láser, la velocidad de barrido, y la potencia para provocar una ablación incompleta del material a lo largo de la línea de aislamiento, mientras que se forma zonas adyacentes de masa fundida que se solapan, siendo el material sometido a ablación suficiente para permitir que se junten los agujeros adyacentes debido a la tensión superficial mientras que el metal está fundido en la región de los agujeros, aunque dejando sin fracturas la capa inerte en la región de la línea de aislamiento.

Diversas realizaciones de la invención proporcionan un método en el que sufre ablación una pequeña cantidad de material de la película metálica, suficiente para alterar la tensión superficial en el metal sin cortar de parte a parte la capa inerte subyacente. Esto permite que el metal fundido que rodea la región sometida a ablación retroceda formando un agujero, y con tal que los agujeros estén espaciados lo suficientemente cerca, el retroceso dará como resultado agujeros que se juntan para formar una brecha continua en la película. Los parámetros importantes en este procedimiento se seleccionan según los requisitos de la aplicación como sigue:

1. Láser de impulsos de larga longitud de onda

La potencia y duración de cada impulso láser se elige preferiblemente para someter a ablación el material desde el metal sin cortar de parte a parte la capa inerte subyacente. Preferiblemente también, se elige una longitud de onda que se absorba débilmente en el material bajo la capa inerte. Si es posible, es preferible una longitud de onda que absorba débilmente también en la capa inerte. Preferiblemente, también se enfoca el láser para permitir todas las variaciones en la altura de la superficie debidas a las características de la superficie tal como la textura y la falta de carácter plano de la estructura subyacente sobre el área del dispositivo. Para las combinaciones metal/material dieléctrico sometidas a prueba, se ha visto que es eficaz un láser operado típicamente a 1064 nm y 2 kHz. Usando una alta potencia del láser con un haz muy desenfocado, se ha demostrado que se puede tolerar hasta una deformación vertical de 3 mm.

2. Capa inerte gruesa

La capa inerte debe seleccionarse para que resista el calor del láser que produce la ablación del metal subyacente. El espesor dependerá de las características del material dieléctrico y del metal subyacente, pero se ha descubierto que para aluminio sobre vidrio de fosfosilicato (PSG), la capa de PSG será, al menos, del mismo orden de espesor que el metal y, preferiblemente, al menos dos veces el espesor del metal, aunque son muy preferidos los espesores de cinco a diez veces el espesor del metal (típicamente 500-1000 nm para 100-200 nm de aluminio). En aplicaciones de células solares, el límite superior del espesor de la capa inerte esta determinado por el coste de formación, mientras que no haya efectos de comportamiento perjudicial.

Se ha visto también que es eficaz usar resinas orgánicas tales como Novolac™ como material inerte, en cuyo caso, el espesor de la resina estará preferiblemente en el intervalo de diez a veinte veces el espesor del metal y los dispositivos típicos tendrán capas de resina en el intervalo de 2-4 \mum, para capas de aluminio en el intervalo de 100-200 nm.

También son eficaces otros materiales dieléctricos tales como dióxido de silicio o nitruro de silicio.

3. Metal de bajo punto de fusión

Usando un metal de bajo punto de fusión se requiere menos energía láser para interrumpir el metal y, por lo tanto, la capa inerte puede ser más fina. Se ha comprobado que el aluminio con un punto de fusión de 660ºC va a ser un metal adecuado para este fin, sin embargo en otras aplicaciones se pueden usar metales tales como estaño (232ºC), plata (960ºC), oro (1062ºC), o cobre (1083ºC).

4. Capa metálica fina

Se deberá mantener la capa metálica tan fina como sea posible para conseguir ese fin. Un exceso de espesor del metal requiere energía adicional para crear un agujero y, por consiguiente, requiere un espesor adicional de la capa inerte. Para células solares de película fina, se pueden acomodar películas metálicas de contacto de, típicamente, 100-200 nm, pero en otras aplicaciones, usando este procedimiento, se pueden marcar capas metálicas del orden de, o igual a, cientos de micrómetros.

5. Intercapa metálica muy fina

La provisión de una intercapa metálica muy fina entre la capa metálica primaria y el material inerte puede aumentar la acción de partir el metal seleccionando una intercapa que no se adhiera bien a la capa inerte. En el caso de la resina de Novolac™, se ha descubierto que es conveniente interponer una capa de níquel entre la resina y la capa primaria que es, típicamente, aluminio. En el caso del Novolac™, níquel y aluminio, la capa de aluminio estará, preferiblemente en el intervalo de 5 a 20 veces el espesor de la capa de níquel y, típicamente, se empleará una capa de níquel de 10 nm con una capa de aluminio de 100 nm.

Breve descripción de los dibujos

Se describirán ahora las realizaciones de la invención por medio de ejemplos con referencia a los dibujos que se acompañan en los que:

La Figura 1 muestra una vista en corte transversal a través de una simple estructura de un dispositivo a la que se le puede aplicar el procedimiento de interrupción de la presente invención;

la Figura 2 muestra el método según una realización de la presente invención cuando se aplica a la estructura de la Figura 1;

la Figura 3 muestra una vista desde arriba de la estructura de la Figura 2 después de que la película metálica haya sido interrumpida;

la Figura 4 muestra la vista en corte transversal a través de un dispositivo fotovoltaico, de película fina, con empalme sencillo, mientras se está aplicando el método según una realización de la invención;

la Figura 5 es un corte transversal, similar al de la Figura 1, pero con una fina intercapa metálica entre la capa metálica y la capa de material dieléctrico del dispositivo de la Figura 1;

la Figura 6 muestra el método según una realización de la presente invención cuando se aplica a la estructura de la Figura 5; y

la Figura 7 muestra una vista en corte transversal a través de un dispositivo fotovoltaico de película fina con empalme sencillo, similar al de la Figura 4, pero con una intercapa de la Figura 5, mientras que se aplica el método según una realización de la invención.

Descripción detallada de realizaciones de la invención

Las realizaciones de la invención proporcionan un método para interrumpir una fina película metálica sin dañar el silicio subyacente ni originar que el metal se ponga en contacto con el silicio a lo largo de los bordes de la línea de interrupción. Esto se lleva a cabo usando un láser de forma similar a la ablación convencional con láser, pero con la película metálica separada del silicio por una capa inerte. La alta conductancia lateral de las películas de Si-pc hace posible insertar una capa de material dieléctrico aislante entre el silicio y el metal que lo recubre. El contacto entre el metal y el silicio se puede llevar a cabo en lugares seleccionados creando pequeñas aberturas a través de la capa de material dieléctrico.

Para aplicaciones de células solares de silicio de película fina, se ha descubierto que el procedimiento funciona de forma fiable cuando se combinan los siguientes cuatro atributos:

1.

Láser de impulsos de larga longitud de onda (típicamente 1064 nm a 2 kHz).

2.

Capa gruesa de material dieléctrico (típicamente 500-3000 nm).

3.

Metal de bajo punto de fusión (típicamente Al, 660ºC)

4.

Capa metálica fina (típicamente 100-200 nm).

Una porción de la energía en cada impulso enfocado del láser es absorbido por el metal. Se produce por ablación un agujerito y se funde la región a su alrededor. El agujerito en el metal fundido introduce una superficie libre que permite que haya una tensión superficial para extraer hacia atrás el metal fundido del agujero. Una serie de impulsos estrechamente separados forma una interrupción continua que separa la capa metálica.

Cuando se retira el metal a lo largo de los bordes de la marca, se expone el silicio subyacente a los impulsos posteriores del haz láser. Si el haz láser tiene una larga longitud de onda que se absorbe pobremente en el silicio, se minimiza el calentamiento del silicio. Haciendo operar el láser en modo impulsos se le da al calor menos tiempo para que llegue a las capas subyacentes antes de que el metal en el centro del haz alcance la temperatura de ablación.

Se transfiere algo de calor desde el metal fundido a la capa inerte, pero una capa inerte suficientemente gruesa impide que la temperatura del silicio subyacente ascienda de forma significativa. También ayuda el uso de un fino metal de bajo punto de fusión. Se transfiere menos calor desde el material fundido a las capas subyacentes, y únicamente se necesita que una pequeña cantidad de metal sea sometido a ablación para conseguir un diámetro de agujero dado.

Cuando se combinan los cuatro atributos favorables, el procedimiento es fiable y tolera una variabilidad significativa en los parámetros del procedimiento, que incluyen el foco del láser, la potencia del láser, el espesor del metal y las capas de material dieléctrico, y la rugosidad de la superficie.

Haciendo referencia a la Figura 1, se ilustra una estructura de una película fina simple en la que un sustrato 11, que puede ser vidrio o cualquier otro material sustrato adecuado, soporta una estructura 12 de un dispositivo, sobre el que se forma una capa dieléctrica inerte 13 y una película metálica 14. La estructura del dispositivo no se muestra con detalle, pero puede ser una estructura apropiada que requiera estar en contacto a través de un contacto metálico.

En la Figura 2, se muestra la estructura de la Figura 1 con un haz láser 15 de impulsos dirigido a la superficie de la capa 14 de la película metálica. Cuando el láser se aplica por impulsos, se produce la ablación de una pequeña cantidad de metal directamente bajo el haz, y la tensión en la superficie del metal fundido que rodea la región sometida a ablación extrae hacia atrás el metal del agujero originando un ligero espesamiento del metal 17 alrededor del agujero, y crea un agujero 16 que es significativamente de mayor diámetro que la región sometida a ablación. En el proceso de la ablación del metal, también se perderá una pequeña cantidad de material dieléctrico inerte creando una pequeña oquedad 18 del material dieléctrico bajo el agujero 16 en la película metálica.

Un vista desde arriba del dispositivo de la Figura 2, en la que se puede ver que aplicando el láser por impulsos sobre los centros 25 espaciados con unas separaciones 19 regulares, se forma una serie de agujeros 16 juntos, rodeados por un par de montículos metálicos 17, para proporcionar una brecha continua que separa dos regiones de la película metálica que van a estar aisladas eléctricamente una de la otra.

Volviendo ahora a la Figura 4, se muestra una vista lateral en corte transversal de un dispositivo fotovoltaico con empalme sencillo, que incluye una primera película semiconductora dopada 21 y una segunda película semiconductora dopada 22 que forman un empalme rectificador 26. La segunda película dopada 22 tiene aberturas periódicas en las regiones 23 para hacer posible la conexión a través de la película subyacente dopada 21. Se deposita luego una película dieléctrica inerte 13 sobre la película dopada 22 pero que está abierta en el fondo de las aberturas en la capa dopada 22 y está provista también de aberturas periódicas adicionales en las regiones 24 para permitir el contacto con la película dopada 22. Luego se forma una película metálica 14 sobre la película dieléctrica que se extiende hacia adentro de las aberturas en las regiones 23 y 24 para contactar así con las películas dopadas 21 y 22 respectivamente. Mediante el método descrito, con referencia a las Figuras 2 y 3, se dispone entonces de una brecha formada como una serie de agujeros 16, para separar el metal que está en contacto con la primera película semiconductora dopada 21 del metal que está en contacto con la segunda película semiconductora dopada
22.

Haciendo referencia a la Figura 5, se ilustra una estructura de película fina simple, en la que un sustrato 11, que puede ser vidrio o cualquier otro material sustrato adecuado, soporta una estructura 12 de un dispositivo, sobre la que se forma una capa dieléctrica inerte 13, una intercapa metálica 31 y una capa metálica 14. La estructura del dispositivo no se muestra con detalle pero, como con la Figura 1, puede ser cualquier estructura apropiada que requiera estar en contacto a través de un contacto metálico. Se ha descubierto que la provisión de una intercapa metálica 31 mejora el comportamiento de la película metálica combinada 13, 14, cuando se lleva a cabo el método de interrupción según la presente invención.

En la Figura 6, se muestra la estructura de la Figura 5 con un haz láser 15 de impulsos dirigido hacia la superficie de la capa de película metálica 14. Cuando el láser se aplica por impulsos, se produce la ablación de una pequeña cantidad de metal directamente bajo el haz, y la tensión en la superficie del metal fundido que rodea la región sometida a ablación extrae hacia atrás el metal del agujero originando un ligero espesamiento del metal 17 alrededor del agujero, y crea un agujero 16 que es significativamente de mayor diámetro que la región sometida a ablación. Debido a que la adherencia de la capa 31 de níquel al material dieléctrico subyacente, que en este caso es una resina orgánica conocida como Novolac™, no es tan grande como en el caso del aluminio, la capa 14, 31 de aluminio y níquel combinados se desprende más fácilmente que en el caso del aluminio solo. Como se describió con respecto a las Figuras 1 y 2. En el procedimiento de someter a ablación al metal, se perderá también una pequeña cantidad de material dieléctrico inerte creando una pequeña oquedad 18 de material dieléctrico debajo del agujero 16 en la película metálica.

La vista desde arriba del dispositivo de la Figura 5 será esencialmente idéntica a la de la Figura 2, como se muestra en la Figura 3, en la que se puede ver que aplicando el láser por impulsos sobre los centros 25 espaciados con unas separaciones 19 regulares, se forma una serie de agujeros 16 juntos, rodeados por un par de montículos metálicos 17, para proporcionar una brecha continua que separa dos regiones de la película metálica que van a estar aisladas eléctricamente una de la otra.

Volviendo de nuevo a la Figura 7, se muestra una vista lateral en corte transversal de un dispositivo fotovoltaico con empalme sencillo, que incluye una primera película semiconductora dopada 21 y una segunda película semiconductora dopada 22 que forman un empalme rectificador 26. La segunda película dopada 22 tiene aberturas periódicas en las regiones 23 para hacer posible la conexión a través de la película subyacente dopada 21. Se deposita luego una película dieléctrica inerte 13 sobre la película dopada 22 pero que está abierta en el fondo de las aberturas en la capa dopada 22 y está provista también de aberturas periódicas adicionales en las regiones 24 para permitir el contacto con la película dopada 22. Se deposita una intercapa 31 de níquel sobre la capa dieléctrica 13 como en la realización de las Figuras 5 y 6 y se forma luego una película metálica 14 sobre la intercapa 31 de níquel que se extiende hacia las aberturas en las regiones 23 y 24 de forma que las capas de níquel/aluminio 31, 14 está en contacto con las películas dopadas 21 y 22, respectivamente. Mediante el método descrito, con referencia a las Figuras 2 y 3, se dispone entonces de una brecha formada como una serie de agujeros 16, para separar el metal que está en contacto con la primera película semiconductora dopada 21 del metal que está en contacto con la segunda película semiconductora dopada 22.

En un experimento para definir un procedimiento según la primera realización de la presente invención, se marcó, de parte a parte, una capa de aluminio de 400 nm de espesor, separada del silicio subyacente por una capa de 300 nm de espesor de nitruro de silicio usando el láser de una longitud de onda de 1064 nm. Se consiguió una eficaz interrupción de la capa metálica tanto sobre una oblea plana de silicio como sobre una película de silicio policristalino (Si-pc) depositada sobre vidrio con textura. Aunque el nitruro se disminuyó en el procedimiento, no hubo un impacto visible sobre el silicio subyacente. Sin embargo, la ventana del procedimiento era estrecho, y únicamente pudo tolerar una deformación de muestras (que afecta al foco del láser) de \pm0,5 mm.

En un segundo experimento, la capa de aluminio de 400 nm estaba separada por una capa de nitruro de silicio de 300 nm. Los mejores resultados al usar un láser de 1064 nm se obtuvieron usando alta potencia de láser (significativamente desenfocado) a baja tasa de repetición de impulsos. La ventana del procedimiento era de nuevo únicamente de \pm0,5 mm. Una serie de marcas sobre una película plana de Si-pc, usando los ajustes optimizados, mostraron un buen aislamiento del metal tanto a través de la brecha como desde el silicio subyacente.

Se realizó un experimento más para examinar el efecto de los siguientes factores sobre la eficacia de la marca:

1.

Espesor del metal

2.

Espesor del material dieléctrico

3.

Textura de la superficie

4.

Longitud de onda del láser

5.

Potencia del láser

6.

Velocidad del barrido

7.

Separación entre impulsos

8.

Flujo del gas de purga

El experimento determinó que los factores más beneficiosos eran, en orden descendente de importancia, larga longitud de onda del láser, falta de textura de la superficie, metal fino, alta potencia del láser (que requiere un haz muy desenfocado), y material dieléctrico grueso. Los factores restantes no fueron estadísticamente significativos dentro del intervalo estudiado.

Se realizó otro experimento más para examinar las muestras con textura. Se fijaron la longitud de onda del láser y el espesor de la película de aluminio en sus extremos favorables de 1000 nm para el material dieléctrico y 100 nm para el metal. La velocidad de barrido se mantuvo constante a la velocidad económicamente atractiva de 200 mm/s. El experimento demostró que es muy preferida la tasa de repetición de impulsos más baja que da una marca continua. La tasa de repetición de impulsos y la separación entre los impulsos están relacionadas una con otra por la velocidad de barrido. Bajo las condiciones optimizadas, se demostró que las marcas toleran hasta 3 mm de deformación vertical sobre las muestras con textura.

Todos estos experimentos dependieron solamente de la inspección visual para determinar que el láser no dañaba el silicio subyacente.

Un experimento más en esta serie comprobó el procedimiento según la segunda realización sobre células solares activas, formadas usando una película de silicio policristalino depositada sobre ambos sustratos de vidrio plano y con textura. En cada sustrato se formaron dos hileras de doce células de área pequeña. La capa inerte constaba de un apilamiento de 70 nm de nitruro de silicio y 1000 nm de vidrio de fosfosilicato densificado. El metal era 100 nm de aluminio. El metal para una de las hileras de doce células se interrumpió según la segunda realización usando una láser de 1064 nm aplicado por impulsos a 5 kHz con una velocidad de barrido de 200 mm/s. El metal para la otra hilera de doce células se interrumpió de forma convencional insertando una cubierta protectora durante el proceso de deposición del metal. El comportamiento de las células definidas por láser era esencialmente idéntico al de las células definidas por una cubierta protectora. Específicamente, el procedimiento láser produjo resultados ligeramente mejores sobre el sustrato plano y resultados ligeramente peores sobre el sustrato con textura, pero en ningún caso la diferencia fue estadísticamente significativa.

También se ha fabricado una cantidad de células, en las que el material dieléctrico es resina Novolac™ y la intercapa de níquel está situada entre la capa de Novolac™ y la capa de aluminio. Los espesores de la película de aluminio y del material dieléctrico se fijaron en sus extremos favorables de 2000 nm para el material dieléctrico y 100 nm para el metal, y además se situó una película de níquel de 10 nm entre las capa de material dieléctrico y la de aluminio. La velocidad de barrido se mantuvo constante a la velocidad económicamente atractiva de 200 mm/s. El experimento demostró que es muy preferida la tasa de repetición de impulsos más baja que da una marca continua. La tasa de repetición de impulsos y la separación entre los impulsos está relacionada una con otra por la velocidad de barrido. Bajo las condiciones optimizadas con una tasa de impulsos de 2 kHz, se demostró que las marcar toleraban de nuevo hasta 3 mm de deformación vertical sobre las muestras con textura.

Este conjunto de condiciones dio como resultado una excelente separación del metal con una única pasada de láser y proporcionaba de nuevo una buena tolerancia respecto a la textura de la superficie y la deformación.

Claims (30)

1. Un método para aislar eléctricamente regiones de una película metálica situada sobre una delicada estructura subyacente partiendo la película a lo largo de una línea predeterminada, incluyendo el método las etapas de:

a)

antes de formar la película metálica, formar una capa inerte, o sustancialmente inerte, sobre la estructura subyacente, al menos en la región de una brecha de aislamiento requerida,

b)

formar la película metálica sobre la estructura subyacente y la capa inerte,

c)

formar una serie de agujeros a través de la película metálica por ablación del material desde la película metálica a lo largo de la línea de aislamiento, para separar regiones adyacentes, usar un láser de impulsos de longitud de onda larga, caracterizado por la tasa de repetición del impulso láser, la velocidad de barrido, y seleccionándose la potencia para provocar la ablación incompleta del material a lo largo de la línea de aislamiento, mientras que se forman zonas adyacentes de masa fundida que se solapan, siendo el material sometido a ablación suficiente para permitir que se junten los agujeros adyacentes debido a la tensión superficial mientras el metal está fundido en la región de los agujeros, aunque dejando sin fracturas la capa inerte en la región de la línea de aislamiento.

2. Un método de aplicación de una pluralidad de contactos de película metálica a un dispositivo semiconductor de película fina, que incluye las etapas de:

a)

antes de formar la película metálica, formar una capa inerte, o sustancialmente inerte, sobre una estructura subyacente del dispositivo semiconductor al menos en la región de la brecha de aislamiento requerida,

b)

formar la película metálica sobre la estructura subyacente y la capa inerte,

c)

formar una serie de agujeros a través de la película metálica por ablación del material desde la película metálica a lo largo de la línea de aislamiento, para separar los contactos adyacentes, usar un láser de impulsos de longitud de onda larga, la tasa de repetición del impulso láser, la velocidad de barrido, y seleccionándose la potencia para provocar la ablación incompleta del material a lo largo de la línea de aislamiento, mientras que se forman zonas adyacentes de masa fundida que se solapan, siendo el material sometido a ablación suficiente para permitir que se junten los agujeros adyacentes debido a la tensión superficial mientras el metal está fundido en la región de los agujeros, aunque dejando sin fracturas la capa inerte en la región de la línea de aislamiento.

3. El método de la reivindicación 1 ó 2, en el que la potencia y duración de cada impulso del láser se elige para someter a ablación el material del metal sin cortar de parte a parte la capa inerte subyacente.

4. El método de la reivindicación 1 ó 2, en el que la potencia y duración de cada impulso del láser se elige para someter a ablación el material del metal sin cortar en la capa inerte subyacente.

5. El método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el láser se elige para que tenga una longitud de onda que sea absorbida débilmente en el material bajo la capa inerte.

6. El método según la reivindicación 5, en el que el láser se elige para que tenga una longitud de onda que sea absorbida débilmente en la capa inerte.

7. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6, en el que el láser se opera teóricamente a 1064 nm y 2 kHz.

8. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el láser está enfocado para tener en cuenta las variaciones en la altura de la superficie debidas a la textura de la superficie y a la falta de carácter plano de la estructura subyacente sobre el área del dispositivo.

9. El método de la reivindicación 8, en el que se usa una alta energía del láser con un haz muy desenfocado.

10. El método según en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa metálica está formada de un metal con un punto de fusión por debajo de 1200ºC.

11. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa metálica está formada de aluminio.

12. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa metálica está formada de estaño.

13. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa metálica está formada de cobre.

14. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa metálica está formada de oro.

15. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa metálica está formada de plata.

16. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material inerte es dióxido de silicio.

17. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material inerte es vidrio de fosfosilicato.

18. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material inerte es nitruro de silicio.

19. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material inerte es una resina orgánica.

20. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material inerte es Novolac™.

21. El método según cualquiera de la reivindicaciones precedentes, en el que el espesor de la capa inerte es, al menos, del mismo orden de espesor que el metal.

22. El método según la reivindicación 21, en el que la capa inerte es, al menos, dos veces el espesor del metal.

23. El método según la reivindicación 22, en el que el espesor de la capa inerte es de cinco a diez veces el espesor del metal.

24. El método según la reivindicación 10, en el que la capa de metal es una capa de aluminio de 100 nm de espesor, y el material dieléctrico es una capa de Novolac™ de 2000 nm.

25. El método según cualquiera de la reivindicaciones precedentes, en el que una intercapa metálica está situada entre la capa metálica y la capa inerte, siendo el metal en la intercapa diferente al metal de la capa metálica y seleccionándose para que se una peor con la capa inerte que el metal de la capa metálica.

26. El método de la reivindicación 25, en el que el metal de la intercapa es níquel.

27. El método de la reivindicación 25, en el que el metal de la intercapa es cobre.

28. El método de la reivindicación 25, en el que el metal de la intercapa es estaño.

29. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 28, en el que el espesor de la intercapa es un orden de magnitud más fina que la capa metálica.

30. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 28, en el que la capa metálica tiene un espesor de 100-200 nm y la intercapa tiene un espesor de 10-20 nm.