一種低表面濃度的擴(kuò)散方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種低表面濃度的擴(kuò)散方法，包括如下步驟：將硅片置于擴(kuò)散爐中，并向擴(kuò)散爐中通入含有磷源的小N2，N2和O2，在800℃～820℃的溫度下，對(duì)所述硅片進(jìn)行磷擴(kuò)散；關(guān)閉小N2，保持800℃～820℃的溫度，向擴(kuò)散爐中通入N2和O2對(duì)所述硅片進(jìn)行通氧短時(shí)推阱；向所述擴(kuò)散爐中通入N2，在850℃～870℃的溫度下，對(duì)所述硅片進(jìn)行高溫氮推阱；向所述擴(kuò)散爐中通入N2，在740℃～780℃的溫度下，對(duì)所述硅片進(jìn)行低溫氮推阱；在N2保護(hù)下，對(duì)所述硅片進(jìn)行出爐操作。采用本發(fā)明提供的擴(kuò)散方法制作P-N結(jié)，結(jié)深和表面濃度更容易調(diào)節(jié)和控制；硅片表面摻雜濃度低，表面復(fù)合速率小；后續(xù)制造而成的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率高。
【專利說(shuō)明】一種低表面濃度的擴(kuò)散方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)涉及一種低表面濃度的擴(kuò)散方法。
【背景技術(shù)】
[0002]P-N結(jié)是太陽(yáng)能電池的核心部分，其品質(zhì)直接關(guān)系到太陽(yáng)電池的性能。因此，在太陽(yáng)能電池制造工藝中，P-N結(jié)的制造一直是生產(chǎn)的重點(diǎn)。擴(kuò)散制結(jié)對(duì)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率起著關(guān)鍵性作用，其中擴(kuò)散工藝直接影響著P-N結(jié)的品質(zhì)。擴(kuò)散工藝決定了雜質(zhì)的分布，當(dāng)硅片表面雜質(zhì)濃度過(guò)高時(shí)，就會(huì)形成擴(kuò)散“死層”(即含有大量的填隙原子和缺陷)，這樣硅片表面將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的載流子復(fù)合現(xiàn)象，從而在很大程度上造成太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率的降低。在雜質(zhì)摻雜量一定的情況下，降低表面雜質(zhì)濃度可以相對(duì)提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0003]降低表面摻雜濃度，最常用的方法是降低磷源的通量，但這種方法會(huì)使磷源在擴(kuò)散氣體中混合不夠充分，進(jìn)而造成擴(kuò)散后硅片內(nèi)方阻不均勻；同時(shí)，由于磷源含量少，所以在很大程度上擴(kuò)散爐的磷源進(jìn)氣口和排氣口磷源的濃度相差較大，這種濃度差會(huì)造成擴(kuò)散硅片片間方阻存在較大差異，即片間方阻均勻性變差。另外，由于磷源濃度較小，在保證所需摻雜量足夠的前提下，需要增加擴(kuò)散工藝時(shí)間或者提高擴(kuò)散溫度；而在低磷源的情況下，高溫?cái)U(kuò)散將會(huì)進(jìn)一步影響到方阻的均勻性。
[0004]通過(guò)上述分析可以看出，雖然可以通過(guò)減小磷源濃度在一定程度上降低硅片表面的雜質(zhì)濃度，但是會(huì)導(dǎo)致工藝時(shí)間的增長(zhǎng)或者使方阻均勻性的可控性變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種低表面濃度的擴(kuò)散方法，能夠在較短的擴(kuò)散時(shí)間里，保證雜質(zhì)摻雜量足夠，制備出低表面摻雜濃度的P-N結(jié)，進(jìn)而提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種低表面濃度的擴(kuò)散方法，所述擴(kuò)散方法包括:
[0007]步驟S101，將硅片置于擴(kuò)散爐中，并向擴(kuò)散爐中通入含有磷源的小N2, N2和O2，在800°C?820°C的溫度下，對(duì)所述硅片進(jìn)行磷擴(kuò)散；
[0008]步驟S102，關(guān)閉小N2，保持800°C?820°C的溫度，向擴(kuò)散爐中通入N2和O2對(duì)所述硅片進(jìn)行通氧短時(shí)推阱；
[0009]步驟S103，向所述擴(kuò)散爐中通入N2，在850°C?870°C的溫度下，對(duì)所述硅片進(jìn)行聞溫氣推講；
[0010]步驟S104，向所述擴(kuò)散爐中通入N2，在740°C?780°C的溫度下，對(duì)所述硅片進(jìn)行低溫氮推阱；
[0011]步驟3105，在N2保護(hù)下，對(duì)所述硅片進(jìn)行出爐操作。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述步驟SlOl中各氣體通量范圍如下:小隊(duì):L 8 ?2.3slm ；N2:15 ?21slm ；02: 1.1 ?L 4slm。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述步驟SlOl的執(zhí)行時(shí)間為15min?20min。[0014]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述步驟S102中各氣體通量范圍如下=N2:15slm ?21slm ；02: 1.8slm ?2.4slm。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述步驟S102的執(zhí)行時(shí)間為3min?8min。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述步驟S103中N2的通量范圍為15slm?21slm。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述步驟S103的執(zhí)行時(shí)間為8min?lOmin。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述步驟S104中N2的通量范圍為15?21slm。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述步驟S104的執(zhí)行時(shí)間為30?35min。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述步驟S105具體為在通量范圍為15?21slm的N2保護(hù)下，保持溫度為740°C?780°C，將所述硅片取出。
[0021]本發(fā)明提供的擴(kuò)散方法，在較低的溫度下，沉積高濃度磷源，確保了片內(nèi)和片間的擴(kuò)散均勻性；低溫室短時(shí)沉積，有效減小了沉積所引入的缺陷；高磷源低溫短時(shí)組合，保證了適宜的摻雜量。在沉積過(guò)程中，采取低溫短時(shí)推阱與高溫推阱相結(jié)合的方式，既可增大氧化層厚度，提高擴(kuò)散層均勻性，又可以確保在短時(shí)間內(nèi)提高基體的磷摻雜量。之后再進(jìn)行恒溫推阱，在緩慢推進(jìn)結(jié)深的同時(shí)，促使摻雜濃度再分布，進(jìn)一步降低基體表面摻雜濃度。低溫推阱后直接出爐，無(wú)需降溫，節(jié)省了制結(jié)工藝的操作時(shí)間。采用本發(fā)明提供的擴(kuò)散方法，擴(kuò)散后得到的硅片方阻均勻，波動(dòng)小，而且具有相對(duì)較低的表面摻雜濃度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]通過(guò)閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0023]圖1所示為根據(jù)本發(fā)明提供的一種低表面濃度的擴(kuò)散方法的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的流程示意圖。
[0024]附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對(duì)公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。
[0026]參考圖1，圖1所示為根據(jù)本發(fā)明提供的一種低表面濃度的擴(kuò)散方法的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的流程示意圖。
[0027]步驟S101，將硅片置于擴(kuò)散爐中，并向擴(kuò)散爐中通入含有磷源的小N2(包含有磷源的氮?dú)?，N2 (氮?dú)?和O2 (氧氣)，在800°C?820°C的溫度下，對(duì)所述硅片進(jìn)行磷擴(kuò)散。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)能夠理解，小N2即為含有磷源的N2。P-N結(jié)的形成，可以先在硅片的正面噴涂磷酸或其他含磷的摻雜源，然后通過(guò)快速熱退火(Rapid Thermal Anealing)處理,完成硅片的正面P擴(kuò)散。優(yōu)選的，選擇POCl3為磷源在硅片表面進(jìn)行熱擴(kuò)散，形成N型擴(kuò)散層。[0028]在向擴(kuò)散爐中通入含有磷源的小N2前，硅片無(wú)需進(jìn)行表面氣氧化，即表面無(wú)氧化層。通入含有磷源的小N2后，磷源可以直接在硅片表面沉積，有效提升了沉積的擴(kuò)散速度，同時(shí)在一定程度上節(jié)約了擴(kuò)散工藝的操作時(shí)間。
[0029]為了獲得較好的沉積效果，優(yōu)選的，通入擴(kuò)散爐的小N2的通量范圍為l.Sslm?
2.3slm，例如:1.8slm、2.1slm或2.3slm。優(yōu)選的，通入擴(kuò)散爐的N2的通量范圍為15slm?21slm，例如:15slm、18slm或21slm。優(yōu)選的，通入擴(kuò)散爐的O2的通量范圍為1.1slm?
1.4sIm,例如:1.lslm、1.2sIm 或 1.4sIm0
[0030]優(yōu)選的，步驟SlOl的執(zhí)行時(shí)間為15min?20min,例如:15min, 17min或20min。
[0031]高磷源濃度(1.8slm?2.3slm)沉積可加大擴(kuò)散磷源的均勻性，從而保證磷原子在片內(nèi)及片間的均勻且足夠量的分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片方阻均勻性的良好控制；低溫(800°C?820°C)短時(shí)間(15min?20min)可以減小沉積磷原子時(shí)引入的缺陷，同時(shí)該沉積條件與高的磷源濃度相結(jié)合，可以對(duì)硅片表面進(jìn)行充足的磷原子的沉積。
[0032]步驟SlOl的通磷源過(guò)程結(jié)束后，執(zhí)行步驟S102，關(guān)閉小N2,向擴(kuò)散爐中通入N2和O2對(duì)所述硅片進(jìn)行通氧短時(shí)推阱。通氧氧化，可以加強(qiáng)氧化層的厚度及均勻性，為下一步高溫?cái)U(kuò)散提供更為穩(wěn)定的擴(kuò)散磷源。
[0033]優(yōu)選的，步驟S102的操作溫度保持在800°C?820°C，例如:800°C，810°C或820 °C。優(yōu)選的，通入擴(kuò)散爐的N2的通量范圍為15slm?21slm，例如:15slm、18slm或21slm。優(yōu)選的，通入擴(kuò)散爐的O2的通量范圍為1.8slm?2.4slm，例如:1.8slm、2.2slm或
2.4slm。
[0034]優(yōu)選的，步驟S102的執(zhí)行時(shí)間為3min?8min,例如:3min,5min或8min。
[0035]繼續(xù)步驟S103，向所述擴(kuò)散爐中通入N2，在850°C?870°C的溫度下，對(duì)所述硅片進(jìn)行高溫氮推阱。優(yōu)選的，通入擴(kuò)散爐的N2的通量范圍為15slm?21slm，例如:15slm、18slm或21slm。優(yōu)選的，步驟S103的執(zhí)行時(shí)間為8min?IOmin,例如:8min, 9min或IOmin0
[0036]在850°C?870°C的高溫下，向擴(kuò)散爐中通入N2，可以使磷原子向硅片內(nèi)部迅速擴(kuò)散，并可以通過(guò)控制本步驟的擴(kuò)散時(shí)間(8min?lOmin)，調(diào)控硅片的方阻值，以滿足摻雜量的不同需求。
[0037]步驟S104，向所述擴(kuò)散爐中通入N2，在740°C?780°C的溫度下，對(duì)所述硅片進(jìn)行低溫氮推阱。優(yōu)選的，通入擴(kuò)散爐的N2的通量范圍為15slm?21slm，例如:15slm、18slm或21slm。優(yōu)選的，步驟S104的執(zhí)行時(shí)間為30min?35min,例如:30min, 32min或35min。
[0038]當(dāng)溫度位于740°C?780°C之間時(shí)，氧化層(或稱作磷硅玻璃層)與硅片對(duì)于磷原子的固溶度相關(guān)不大。因此，在740°C?780°C的溫度區(qū)間內(nèi)，氧化層中的磷原子向硅襯底的擴(kuò)散速度很慢，也即在該溫度下擴(kuò)散時(shí)，硅片表面的雜質(zhì)濃度不會(huì)由于氧化層中磷原子的擴(kuò)散而繼續(xù)明顯增大。在這種情況下，已經(jīng)擴(kuò)散到硅片表面的磷原子，將會(huì)繼續(xù)向硅片內(nèi)部擴(kuò)散，這必然會(huì)促使表面的磷原子向其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，從而降低硅片表面的磷原子的摻雜濃度，實(shí)現(xiàn)了硅片內(nèi)部摻雜濃度的再分布。因此，在740°C?780°C進(jìn)行低溫推阱和雜質(zhì)再分布，可以在降低硅片表面摻雜濃度的同時(shí)，緩慢推進(jìn)P-N結(jié)的結(jié)深，使P-N結(jié)具備了優(yōu)異的特性。
[0039]低溫推阱結(jié)束后，執(zhí)行步驟5105，在隊(duì)保護(hù)下，對(duì)所述硅片進(jìn)行出爐操作。優(yōu)選的，出爐溫度保持與步驟S104相同，即740°C?780°C，例如:740°C，760°C或780°C。優(yōu)選的，保護(hù)N2的通量范圍為15slm?21slm,例如:15slm、18slm或21slm。由于上一步進(jìn)行的是低溫推阱，溫度本身比較低，因此在進(jìn)行出爐操作時(shí)，無(wú)需再進(jìn)行降溫操作，即可直接出爐。如此操作，節(jié)省了工藝操作時(shí)間；此外，也減小了保護(hù)氣體的用量，進(jìn)而降低了生產(chǎn)成本。
[0040]本發(fā)明提供的擴(kuò)散方法在與現(xiàn)有技術(shù)相同摻雜濃度的條件下，得到的硅片表面摻雜濃度相對(duì)較低，表面復(fù)合較小，可對(duì)P-N結(jié)的深度和表面濃度進(jìn)行很好的控制。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，采用本方法得到的太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓可以提高Imv?2mv，光電轉(zhuǎn)換效率可以提高
0.15%以上。
[0041]雖然關(guān)于示例實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。對(duì)于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的同時(shí)，工藝步驟的次序可以變化。
【權(quán)利要求】
1.一種低表面濃度的擴(kuò)散方法，其特征在于，包括如下步驟: a)將硅片置于擴(kuò)散爐中，并向擴(kuò)散爐中通入含有磷源的小N2,N2和O2，在800°C?820°C的溫度下，對(duì)所述硅片進(jìn)行磷擴(kuò)散； b)關(guān)閉小N2，保持800°C?820°C的溫度，向擴(kuò)散爐中通入N2和O2對(duì)所述硅片進(jìn)行通氧短時(shí)推阱； c)向所述擴(kuò)散爐中通入N2，在850°C?870°C的溫度下，對(duì)所述硅片進(jìn)行高溫氮推阱； d)向所述擴(kuò)散爐中通入N2，在740°C?780°C的溫度下，對(duì)所述硅片進(jìn)行低溫氮推阱； e)在N2保護(hù)下，對(duì)所述硅片進(jìn)行出爐操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散方法，其特征在于，所述步驟a)中各氣體通量范圍如下:小 N2: L 8slm ?2.3slm ;N2:15slm ?21slm ;02:1.1slm ?L 4sIm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的擴(kuò)散方法，其特征在于，所述步驟a)的執(zhí)行時(shí)間為15min ?20mino
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散方法，其特征在于，所述步驟b)中各氣體通量范圍如下:N2:15sIm ?2Islm ；02: 1.8sIm ?2.4sIm0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散方法，其特征在于，所述步驟b)的執(zhí)行時(shí)間為3min?8min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散方法，其特征在于，所述步驟c)中N2的通量范圍為15slm ?21slm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散方法，其特征在于，所述步驟c)的執(zhí)行時(shí)間為Smin?IOmin0
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散方法，其特征在于，所述步驟d)中N2的通量范圍為15slm ?21slm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散方法，其特征在于，所述步驟d)的執(zhí)行時(shí)間為30min?35min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散方法，其特征在于，所述步驟e)具體為在通量范圍為15slm?21slm的N2保護(hù)下，保持溫度為740V?780°C，將所述硅片取出。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103715302SQ201310719796
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】李旺, 韓瑋智, 牛新偉, 王仕鵬, 黃海燕, 陸川 申請(qǐng)人:浙江正泰太陽(yáng)能科技有限公司