PROCEDIMIENTO PARA FABRICAR PASTILLAS DE SILICIO.

Procedimiento para fabricar pastillas de silicio que presentan una superficie delantera y una superficie trasera,

así como aristas laterales, por troceado de un bloque de silicio, especialmente rectangular, que presenta caras laterales, caracterizado porque, antes del troceado, se amolan y/o pulen las caras laterales del bloque de silicio en dirección paralela a la arista de las pastillas de silicio

Procedimiento para fabricar pastillas de silicio.

La presente invención concierne a un procedimiento para fabricar pastillas de silicio a partir de un bloque de silicio, cuyas caras laterales son amoladas antes del troceado. En el documento US 2002/036152 A se encuentra publicado un procedimiento de esta clase según el preámbulo de la reivindicación 1.

Las pastillas de silicio son delgadas rebanadas de silicio cristalino y forman la base para la fabricación de células solares y seguidamente para la fabricación de módulos solares. En correspondencia con la creciente difusión de células solares y similares aumenta de año en año la demanda de pastillas de silicio.

La producción de las pastillas de silicio comienza con la fabricación de bloques de lingotes de silicio cristalino, concretamente tanto a base de material monocristalino como a base de material policristalino, los cuales se cultivan en forma redonda o bien como paralelepípedos. En un paso adicional se trocean o asierran después estos lingotes cristalinos para obtener más bloques paralelepípedicos. Estos bloques se denominan también columnas o ladrillos y presentan usualmente en silicio monocristalino una sección transversal aproximadamente cuadrada o en silicio multicristalino una sección transversal exactamente cuadrada. Se cortan después en estos bloques, en un paso adicional, las distintas rebanadas de las pastillas, a saber, usualmente en sentido transversal a su dirección longitudinal, de modo que las caras laterales de los bloques o ladrillos de forma de columna obtenidas por aserrado forman las caras de las aristas de las pastillas así producidas. Se ha visto que en la fabricación de los ladrillos se originan en las caras laterales obtenidas por aserrado unas finísimas fisuras, a menudo microscópicamente pequeñas, que avanzan con una profundidad de penetración más o menos grande hacia dentro del volumen del bloque o, por tanto, de las aristas de la pastilla posterior.

El silicio es un material extraordinariamente quebradizo. Por tanto, a diferencia de lo que ocurre con metales, una fisura en el material se puede propagar rápidamente bajo carga. Un esfuerzo normal, por ejemplo durante la manipulación en la producción de células, puede conducir rápidamente a la rotura de la pastilla en caso de que estén presentes fisuras, especialmente en la arista de la pastilla.

Dado que la fabricación de las pastillas de silicio representa una proporción de aproximadamente un 55% en los costes de fabricación de las células solares, una alta proporción de pastillas de silicio rotas en pedazos, es decir, una alta tasa de roturas, conduce a un neto aumento de los costes en la fabricación de las células solares.

Además, la escasez mundial de silicio exige que en el futuro se fabriquen pastillas de silicio extremadamente delgadas. Siempre que se presenten fisuras en estas delgadas pastillas de silicio, estas delgadas pastillas tienden en grado reforzado a una rotura. Las fisuras en las aristas de las pastillas son especialmente críticas.

Por este motivo, para evitar los problemas anteriormente descritos se propone en el documento US 2002 036182 AA reducir la aspereza de las superficies de tales bloques de silicio antes de la fabricación de las pastillas de silicio, lo que deberá efectuarse, según el documento JP 3,648,239, por medio de un pulido mecánico. En el mejor caso descrito (ejemplo 6) se consigue entonces únicamente una aspereza R_y de menos de 1 μm. Esto no es ni de lejos suficiente para la fabricación de pastillas, especialmente pastillas con un espesor inferior o igual a 180 μm. Además, las variantes descritas del procedimiento "mecanización con grano suelto" (método 1 y muela de esponja), mecanización con cepillos con y sin granos abrasivos adheridos en los pelos del cepillo y mecanización con granos abrasivos incrustados en una muela de esponja no son enteramente adecuados para dejar tras de si trazas de mecanización definidas, no críticas en dirección, con una aspereza superficial netamente mejorada en las caras laterales de los ladrillos de Si. Por último, en el documento US-A 5,484,326 se describe un procedimiento de troceado para un semiconductor en el que las superficies de un bloque de silicio son previamente amoladas.

Sin embargo, se ha visto que con estos procedimientos se puede conseguir ciertamente una mejora de la frecuencia de rotura de las pastillas de silicio cortadas, pero esto no es suficiente, especialmente para pastillas muy delgadas.

Por tanto, un problema de la presente invención consistía en mejorar y reducir netamente la tasa de roturas durante la fabricación de pastillas de silicio. En particular, se deberá reducir la tasa de roturas durante la producción de pastillas lo más delgadas posible con un espesor inferior o igual a 180 μm. Además, esta reducción deberá conseguirse con una tecnología que prescinda de la erosión de material típicamente muy pequeña por unidad de tiempo para el pulido mecánico.

Este problema se resuelve con un procedimiento para la fabricación de pastillas de silicio según la reivindicación 1. En efecto, se ha visto con sorpresa que se puede reducir muy especialmente la tasa de roturas de pastillas de silicio cuando se amolan o pulen las caras laterales de un bloque o ladrillo de silicio de tal manera que la dirección de amolado o de pulido discurra sustancialmente paralela al plano de corte posterior en el que se cortan o asierran las pastillas en el bloque de silicio. La dirección de amolado/pulido discurre así a lo largo de la arista exterior de la rebanada de la pastilla posterior.

En el sentido de la presente invención, amolado significa un tratamiento superficial mecánico abrasivo en el que los cuerpos de amolado o los granos de amolado o de corte no se presentan sueltos, sino ligados, por ejemplo en una matriz. Según la invención, el respectivo movimiento de la partícula o grano de amolado o de corte se desarrolla sustancialmente paralelo al plano de corte posterior y, por tanto, discurre a lo largo de la cara de la arista de la rebanada de la pastilla posterior. Pulido en el sentido de la presente invención significa también una erosión de material con grano ligado que tiene lugar en la zona dúctil. Una erosión de material en la zona dúctil significa aquí que el material se deforma plásticamente al ser erosionado, no produciéndose daños por esfuerzos y tensiones en la superficie tratada. Esta erosión dúctil de material se presenta cuando se asegura por medio de los parámetros de amolado que la profundidad de penetración de cada grano de amolado individual sea inferior a 40 o inferior a 30 nm. El término pulido se utiliza para una calidad superficial de esta clase obtenida por medio de amolado debido a que se cumple con el criterio de calidad usual para superficies pulidas, consistente en que la profundidad de aspereza máxima R_t (profundidad de aspereza) esté por debajo de la longitud de onda de la luz (λ/2 a λ/60). Según la invención, se entiende por amolado o pulido un tratamiento superficial mecánico abrasivo. Según que la erosión del material se efectúe en la zona de rotura frágil, en la zona de transición o en la zona dúctil, casi no se originan fisuras en la superficie o bien se originan fisuras que llegan a mayor o menor profundidad. Una erosión del material en la zona dúctil no ocasiona fisuras tan solo en un plano teórico. Prácticamente, se pueden desprender granos de amolado de su matriz y estos pueden generar ciertamente pequeñas fisuras debido a movimientos incontrolados.

Las fisuras producidas pueden ser detectadas tan solo parcialmente con una medición de aspereza de la superficie (por ejemplo, con perfilómetros ópticos o mecánicos, microscopios de fuerza atómica). Los procedimientos citados no captan la parte de una fisura que está por debajo de la superficie. Sin embargo, tales defectos situados por debajo de la superficie, especialmente fisuras, son responsables de una fractura y reventamiento posteriores del material (por ejemplo, de la pastilla).

En la presente invención las caras laterales del bloque o ladrillo de silicio corresponden, después del corte del bloque, a las caras periféricas, es decir, a las aristas de la pastilla.

Se ha encontrado que la aspereza de las caras laterales del bloque de silicio no es la causa principal de la rotura de la pastilla. Por el contrario, unas finísimas fisuras microscópicamente pequeñas y unos defectos presentes debajo de la superficie en las capas próximas a...

1. Procedimiento para fabricar pastillas de silicio que presentan una superficie delantera y una superficie trasera, así como aristas laterales, por troceado de un bloque de silicio, especialmente rectangular, que presenta caras laterales, caracterizado porque, antes del troceado, se amolan y/o pulen las caras laterales del bloque de silicio en dirección paralela a la arista de las pastillas de silicio.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el amolado y/o el pulido se realizan por medio de un útil de amolado o pulido rotativo de forma de cilindro hueco.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el útil de amolado o pulido de forma de cilindro hueco presenta un diámetro de al menos 1,5 veces, preferiblemente al menos 1,55 veces y de manera especialmente preferida al menos 1,75 veces la anchura del bloque de silicio.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las paredes del cilindro del útil presentan granos de amolado ligados.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los granos de amolado comprenden diamante, carburo de silicio y/o nitruro de silicio.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el útil de amolado comprende una matriz que se selecciona del grupo consistente en un metal blando, un polímero y/o una resina.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los granos de amolado presentan en promedio un diámetro de 3 a 160 μm.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las caras laterales del bloque de silicio se amolan primero con grano de corte gruesos que presentan un diámetro medio de 80 a 160 μm, y seguidamente se amolan o pulen con un útil de amolado que presenta granos de corte con un diámetro medio de 3 a 40 μm.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se cortan las pastillas en el bloque de silicio tratado por medio de una sierra de alambre.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el eje de rotación del útil cilíndrico hueco está inclinado en un ángulo de 0,005 a 0,05 grados angulares con respecto a la normal vertical de la superficie que se debe tratar.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el bloque de silicio se corroe isótropamente después del amolado y antes del aserrado para obtener pastillas.

12. Bloque de silicio obtenible según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

13. Pastilla obtenible según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.