Способ разъединения полупроводниковой пластины, включающей несколько стопок солнечных элементов
METHOD FOR DECOUPLING A SEMICONDUCTOR WAFER INCLUDING MULTIPLE STACKS OF SOLAR CELLS

Изобретение относится к области полупроводниковой техники, в частности, к способу разъединения полупроводниковой пластины, включающей несколько стопок солнечных элементов.
Полупроводниковые пластины(платы) обычно разъединяют, используя технологию резки алмазным кругом, то есть механически. Известно также о разъединении полупроводниковых пластин посредством осуществляемой вдоль разделительных швов лазерной абляции.
В качестве альтернативы используют технологию нанесения рисок (так называемого скрайбирования), в соответствии с которой на верхней или нижней стороне полупроводниковой пластины вдоль разделительных линий механически или посредством лазерной абляции выполняют мелкие канавки в качестве заданных мест разлома, а затем разделяют полупроводниковую пластину, разламывая ее вдоль заданных мест разлома.
Кроме того, материал полупроводниковой пластины можно модифицировать на определенной глубине в соответствии с технологией Stealth-Dicing, называемой также скрытым разъединением, в результате чего также образуются заданные места разлома, вдоль которых полупроводниковую пластину можно разъединять посредством разламывания.
При этом каждый из указанных выше способов разъединения полупроводниковой пластины адаптирован к подлежащему разделению материалу, то есть к полупроводниковому материалу.
С учетом вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача предложить устройство, превосходящее уровень техники.
Указанная задача согласно изобретению решается с помощью способа разъединения для разъединения полупроводниковой пластины, включающей несколько стопок солнечных элементов, вдоль по меньшей мере одной разделительной линии, который включает по меньшей мере следующие стадии:
- предоставление полупроводниковой пластины (10) с верхней стороной (10.1), нижней стороной (10.2), слоем адгезива (22), неразъемно соединенным с верхней стороной (10.1), и покровным стеклянным слоем (24), неразъемно соединенным со слоем адгезива (22),
- причем полупроводниковая пластина (10) включает несколько стопок солнечных элементов (12), каждая из которых имеет германиевую подложку (14), образующую нижнюю сторону (10.1) полупроводниковой пластины (10), германиевый частичный элемент (16) и по меньшей мере два III-V-частичные элемента (18, 20),
- выполнение посредством лазерной абляции вдоль разделительной линии (L) разделительной канавки (G), проходящей от нижней стороны (10.2) полупроводниковой пластины (10) насквозь через полупроводниковую пластину (10) и слой адгезива (22) по меньшей мере до примыкающей к слою адгезива (22) нижней стороны покровного стеклянного слоя (24), и
- разделение покровного стеклянного слоя (24) вдоль разделительной канавки.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Таким образом, объектом настоящего изобретения является способ разъединения для разъединения полупроводниковой пластины, включающей несколько стопок солнечных элементов, вдоль по меньшей мере одной разделительной линии, который включает по меньшей мере следующие стадии:
- предоставление полупроводниковой пластины с верхней стороной, нижней стороной, слоем адгезива, неразъемно соединенным с верхней стороной, и покровным стеклянным слоем, неразъемно соединенным со слоем адгезива,
- причем полупроводниковая пластина включает несколько стопок солнечных элементов, каждая из которых имеет германиевую подложку, образующую нижнюю сторону полупроводниковой пластины, германиевый частичный элемент и по меньшей мере два III-V-частичные элемента,
- выполнение посредством лазерной абляции вдоль разделительной линии разделительной канавки, проходящей от нижней стороны полупроводниковой пластины насквозь через полупроводниковую пластину и слой адгезива по меньшей мере до примыкающей к слою адгезива нижней стороны покровного стеклянного слоя, и
- разделение покровного стеклянного слоя вдоль разделительной канавки.
Согласно изобретению каждый из отдельных частичных элементов стопки солнечных элементов имеет pn-переход, причем следующие после подложки слои выполнены друг на друге эпитактильно и/или соединены друг с другом с использованием основанной на склеивании технологии Wafer-Bonding(сращивание пластин).
Кроме того, согласно изобретению германиевый частичный элемент содержит германий или состоит из германия, причем состоящий из германия слой помимо германия при необходимости содержит также другие вещества, в частности, легирующие материалы, а также примеси.
То же относится к III-V-частичным элементам, которые содержат один или несколько материалов с элементами III-й и V-й главных групп периодической системы Менделеева или состоят из подобных материалов.
Механическое разделение многослойного материала, состоящего из полупроводниковой пластины, адгезива и покровного стеклянного слоя, не представляется возможным, что обусловлено высокой твердостью стекла и ожидаемым осаждением адгезива на отрезном диске.
Благодаря тому, что разделительную канавку выполняют от нижней стороны полупроводниковой пластины только до нижней стороны покровного стеклянного слоя или до непосредственно примыкающей к последней зоны покровного стеклянного слоя, несмотря на чрезвычайно сильно отличающиеся оптические и термические свойства оказывается возможным выполнение разделительной канавки, в частности, без ненужного повреждения слоя адгезива.
Согласно изобретению разделительная канавка на нижней стороне полупроводниковой пластины должна обладать шириной, достаточной для того, чтобы используемый для лазерной абляции лазерный пучок можно было сфокусировать на достаточной глубине вплоть до покровного стеклянного слоя. С другой стороны, разделительная канавка действует в полупроводниковой пластине подобно диафрагме, уменьшая обратное рассеяние от покровного стеклянного слоя в активныe слои полупроводниковой пластины.
Предлагаемый в изобретении способ разъединения позволяет разъединять многослойный материал, состоящий из полупроводниковой пластины, адгезива и покровного стекла. Таким образом, слой покровного стекла наносят уже на уровне полупроводниковой пластины, причем он должен быть точно выверен единственный раз и лишь сравнительно грубо.
Кроме того, согласно предлагаемому в изобретении способу предусматривается, что покровное стекло перекрывает боковые поверхности полупроводниковой пластины по меньшей мере заподлицо или даже с напуском. Благодаря этому верхняя сторона полупроводниковой пластины оказывается надежно защищена от воздействия окружающей среды.
Согласно первому варианту осуществления изобретения разделительную канавку выполняют до зоны покровного стеклянного слоя, примыкающей к слою адгезива. Лазерная абляция в нижней зоне покровного стеклянного слоя представляет собой процесс, подобный процессу нанесения рисок (так называемому скрайбированию). Благодаря скрайбированию покровного стеклянного слоя, например, облегчается его разламывание вдоль разделительных канавок.
Согласно другому варианту осуществления изобретения разделение покровного стеклянного слоя выполняют посредством разламывания или распиливания.
Согласно другому варианту осуществления изобретения используемый для лазерной абляции лазер перемещают на нижней стороне полупроводниковой пластины вдоль по меньшей мере одной дорожки, проходящей вдоль или параллельно разделительной линии, и посредством фокусированного лазерного пучка осуществляют подвод энергии вдоль дорожки.
Согласно улучшенному варианту осуществления изобретения подвод энергии осуществляют вдоль по меньшей мере 2 дорожек, максимум вдоль 30 дорожек.
Согласно другому улучшенному варианту осуществления изобретения подвод энергии в абляционном рабочем цикле осуществляют вдоль n дорожек, где 1≤n≤30 и абляционный рабочий цикл повторяют по меньшей мере один раз, причем при каждом повторении абляционного рабочего цикла число дорожек n остается одинаковым или уменьшается и причем число дорожек n при по меньшей мере одном повторении абляционного рабочего цикла уменьшается.
Согласно другому варианту осуществления изобретения абляционный рабочий цикл повторяют по меньшей мере один раз, максимум 40 раз.
Согласно другому варианту осуществления изобретения в абляционном рабочем цикле осуществляют подвод энергии с первой удельной мощностью и первой фокальной плоскостью и повторяют по меньшей мере один раз, и причем при по меньшей мере одном повторении изменяют удельную мощность и/или фокальную плоскость.
Согласно другому улучшенному варианту осуществления изобретения перед выполнением разделительной канавки верхнюю сторону покровного стеклянного слоя неразъемно соединяют с пленкой.
Согласно другому улучшенному варианту осуществления изобретения слой адгезива содержит силикон и обладает толщиной по меньшей мере 5 мкм.
Согласно другому варианту осуществления изобретения покровный стеклянный слой обладает толщиной по меньшей мере 50 мкм.
Согласно другому варианту осуществления изобретения подвод энергии осуществляют посредством импульсного лазера, причем длительность импульса составляет от 10 фс до 100 нс и/или длина волны составляет от 315 нм до 1070 нм или от 1,5 мкм до 10,6 мкм.
Настоящее изобретение относится также к любым комбинациям предпочтительных вариантов осуществления при условии, что последние не являются взаимоисключающими.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. При этом одинаковые детали обозначены идентичными позициями. Представленные на чертежах варианты конструктивного исполнения сильно схематизированы, то есть горизонтальные и вертикальные расстояния указаны без соблюдения масштаба, а также, в отсутствие особых указаний, без соблюдения истинных геометрических пропорций. На чертежах показано:
на фиг.1 схема процесса разъединения полупроводниковой пластины согласно первому варианту осуществления предлагаемого в изобретении способа,
на фиг.2 второй вариант осуществления предлагаемого в изобретении способа разъединения,
на фиг.3 другой вариант осуществления предлагаемого в изобретении способа разъединения,
на фиг.4 дополнительная графическая информация о способе разъединения.
На фиг.1 схематически представлен процесс разъединения полупроводниковой пластины, включающей несколько стопок солнечных элементов, который осуществляют согласно первому варианту предлагаемого в изобретении способа.
Изготавливают полупроводниковую пластину 10, включающую несколько стопок 12 солнечных элементов, которая имеет верхнюю сторону 10.1 и нижнюю сторону 10.2. Полупроводниковая пластина 10 включает слои, расположенные в следующей последовательности: образующая нижнюю сторону 10.1 полупроводниковой пластины 10 германиевая подложка 14, германиевый частичный элемент 16, первый III-V-частичный элемент 18 и образующий верхнюю сторону 10.1 полупроводниковой пластины 10 второй III-V-частичный элемент 20. На верхней стороне 10.1 расположен слой адгезива 22, а на слое адгезива 22 покровный стеклянный слой 24.
Стопки 12 солнечных элементов полупроводниковой пластины 10 разъединяют вдоль разделительной линии L. Для этого посредством лазерной абляции, которую выполняют перемещаемым вдоль разделительной линии L лазером и лазерным лучом LS, падающим на нижнюю сторону 10.2 полупроводниковой пластины 10, выполняют разделительную канавку G, проходящую от нижней стороны 10.2 через слой подложки 14 и частичные элементы 16, 18, 20 полупроводниковой пластины 10, а также через слой адгезива 22 до покровного стеклянного слоя 24. Разделительная канавка G заканчивается в примыкающей к слою адгезива 22 зоне покровного стеклянного слоя 24, причем максимальная толщина этой зоны составляет третью часть от общей толщины покровного стеклянного слоя 24.
Затем покровный стеклянный слой 24 разделяют вдоль разделительной линии L посредством разламывания или распиливания, и стопки солнечных элементов отделяют друг от друга.
На фиг.2 представлен другой вариант осуществления изобретения. Ниже поясняются лишь отличия этого варианта от варианта, показанного на фиг.1.
Для выполнения разделительной канавки G вдоль разделительной линии L лазерную абляцию осуществляют вдоль этой линии, а также вдоль четырех дополнительных дорожек S1, S2, S4, S5, проходящих параллельно разделительной линии.
На фиг.3 представлен другой вариант осуществления изобретения. Ниже поясняются лишь отличия этого варианта от варианта, показанного на фиг.2.
Осуществляют пять рабочих циклов лазерной абляции, причем первый рабочий цикл реализуют вдоль разделительной линии и четырех дополнительных дорожек. Каждый последующий рабочий цикл лазерной абляции осуществляют с более глубокой фокальной плоскостью и вдоль числа дорожек, уменьшенного на единицу.
На фиг.3 показан ход лазерного излучения через полупроводниковую пластину 10, слой адгезива 22 и покровный стеклянный слой 24.
Дифрагированное выходной поверхностью покровного стеклянного слоя 24 лазерное излучение, как показано на данном чертеже, может наталкиваться на верхнюю сторону 10.1 полупроводниковой пластины 10 и может повредить ее.
Надлежащий выбор плотности энергии, соответственно ее интенсивности, и фокусирования лазерного пучка позволяет предотвратить или по меньшей мере уменьшить степень повреждения.
В частности, интенсивность сильно ослабевает, например, если лазерный пучок LS характеризуется большим апертурным углом, то есть после фокальной плоскости быстро расширяется.
Следует отметить, что обработка лазерным пучком с большой релеевской длиной в сочетании с надлежащей шириной разделительной канавки G позволяет надежно предотвратить попадание отраженного лазерного излучения на верхнюю сторону 10.1 полупроводниковой пластины 10.