一種制備高方阻電池片的減壓擴(kuò)散工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種減壓擴(kuò)散工藝，它包括恒溫降壓過程、前氧化過程、升溫過程、深擴(kuò)散過程、磷推進(jìn)過程、后氧化處理和降溫升壓過程。相對(duì)于常壓擴(kuò)散工藝，本發(fā)明的減壓擴(kuò)散工藝引入擴(kuò)散過程中壓力這個(gè)變量，降低擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力，同時(shí)調(diào)節(jié)溫度、時(shí)間、氣流量來使擴(kuò)散方塊電阻均勻性更好，所制備的電池片光電轉(zhuǎn)換效率更高，同時(shí)提高設(shè)備單位時(shí)間的產(chǎn)量與節(jié)省擴(kuò)散磷源的用量。
【專利說明】-種制備高方阻電池片的減壓擴(kuò)散工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電子工藝特別是晶體硅太陽能電池生產(chǎn)專用工藝領(lǐng)域，具體說 來是一種半導(dǎo)體晶圓特別是晶體硅電池參雜制發(fā)射極的擴(kuò)散工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 擴(kuò)散工藝的主要用途是在高溫條件下對(duì)半導(dǎo)體晶圓摻雜，從而改變和控制半導(dǎo)體 內(nèi)雜質(zhì)的類型、濃度和分布，以便建立起不同的電特性區(qū)域。在太陽能晶硅電池制造工藝 中，常采用熱擴(kuò)散工藝制備PN結(jié)，即在加熱條件下將V族雜質(zhì)元素磷摻入P型硅或?qū)II 族雜質(zhì)硼摻入N型硅中，擴(kuò)散制備PN結(jié)的質(zhì)量對(duì)于太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率有重要影響，是 太陽能電池性能的決定性因素之一。
[0003] 目前傳統(tǒng)的太陽能生產(chǎn)線主要采用常壓擴(kuò)散工藝，即擴(kuò)散過程中，擴(kuò)散爐工作腔 內(nèi)壓力保持微正壓狀態(tài)，對(duì)擴(kuò)散爐工作腔的密封性要求低，甚至可直接采用非密閉式爐管 結(jié)構(gòu)，技術(shù)較為簡(jiǎn)單。然而，隨著太陽能電池向高效、低成本方向發(fā)展，娃片表面摻雜濃度不 斷降低，PN結(jié)的結(jié)深越來越淺，方塊電阻從40到100 Ω / 口不斷提高，常壓擴(kuò)散對(duì)硅片摻雜 均勻性的控制越來越差，難以制備高質(zhì)量的淺表面PN結(jié)。此外，由于摻雜源所占分壓比較 小，常壓擴(kuò)散中擴(kuò)散磷源的吸收率低，消耗量大，對(duì)尾氣處理及環(huán)境保護(hù)帶來了很大的負(fù)面 作用，很難滿足太陽能電池高效、低成本發(fā)展的技術(shù)要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是提供一種制備高方阻電池片的減壓擴(kuò)散工藝，可以提高單位時(shí)間設(shè) 備的產(chǎn)量，降低擴(kuò)散磷源的用量，提高擴(kuò)散方阻的均勻性進(jìn)而提高電池片光電轉(zhuǎn)換效率。
[0005] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明需要采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種制備高方阻電池片的減壓擴(kuò)散工藝，將制絨后的硅片插入擴(kuò)散爐的石英舟 中，然后依次進(jìn)行以下步驟：
[0007] (1)恒溫降壓過程：將溫度控制在800°C -82CTC之間，通入1000sccm-5000sccm大 氮，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力降低至5千至6萬帕，恒溫降壓過程的時(shí)間為300s-900s ;
[0008] (2)前氧化過程：將溫度控制在800°C _820°C之間，通入1000scc-5000sccm大氮， 300SCC-1500SCCm干氧，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力保持在5千至6萬帕之間，前氧化過程的時(shí)間為 300s_900s ;
[0009] (3)擴(kuò)散過程：將溫度保持在800°C _820°C之間，通入1000sccm-5000sccm大氮， 300sccm-1500sccm干氧與500sccm-1500sccm小氮，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力保持在5千至6萬帕 之間，擴(kuò)散時(shí)間為300s-600s ;
[0010] (4)升溫過程：將溫度升高至830°C -850°c，通入1000sccm-5000sccm大氮，將擴(kuò) 散爐管內(nèi)壓力保持在5千至6萬帕之間，升溫過程的時(shí)間為200s-600s ;
[0011] (5)深擴(kuò)散過程：將溫度保持在830°C -850°c之間，通入1000sccm-5000sccm大 氮，300sccm-1500sccm干氧與500sccm-1500sccm小氮，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力保持在5千至6 萬帕之間，深擴(kuò)散過程的時(shí)間為300s-600s ;
[0012] (6)磷推進(jìn)過程：將溫度保持在830°C _850°C之間，通入1000sccm-5000sccm大 氮，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力保持在5千至6萬帕之間，磷推進(jìn)過程的時(shí)間為300s-600s ;
[0013] (7)后氧化處理：將溫度保持在830°C _850°C之間，通入1000sccm-5000sccm大 氮，300sccm-1500sccm干氧，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力保持在5千至6萬帕之間，后氧化時(shí)間為 300s_1000s ;
[0014] (8)降溫升壓過程，將溫度降低至650-720°C，通入1000-20000sccm大氮，將擴(kuò)散 爐管內(nèi)壓力升高至大氣壓，降溫升壓過程的時(shí)間為900-1800S。
[0015] 反應(yīng)完成后進(jìn)行出舟取片過程，將石英舟從擴(kuò)散爐中取出，將硅片從石英舟中取 出。所述高方阻電池片的方阻值優(yōu)選為100-150Ω / 口。
[0016] 優(yōu)選：步驟（1)所述石英舟為相鄰硅片插槽間隔為2 的窄間隔石英舟。
[0017] 進(jìn)一步優(yōu)選：步驟（1)所述擴(kuò)散爐為高溫減壓擴(kuò)散爐，可以是現(xiàn)有任何減壓擴(kuò)散 爐，本實(shí)施例優(yōu)選為202989354U公開的高溫減壓擴(kuò)散爐。
[0018] 下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步解釋和說明：
[0019] 本發(fā)明在擴(kuò)散過程中保持一個(gè)低于大氣壓的壓力環(huán)境，在此壓力下對(duì)硅片進(jìn)行磷 擴(kuò)散以及相關(guān)工藝處理，同時(shí)調(diào)整溫度、時(shí)間、氣體流量等參量來達(dá)到提高擴(kuò)散后硅片方阻 均勻，實(shí)現(xiàn)制備高方阻電池片的效果。磷擴(kuò)散過程可以是恒溫磷擴(kuò)散過程，也可以是變溫磷 擴(kuò)散過程。減壓擴(kuò)散過程中的壓力低于大氣壓力，常用的擴(kuò)散過程壓力為0. 5-6萬帕。擴(kuò)散 過程中溫度、時(shí)間、氣體流量等參量是需要與擴(kuò)散壓力匹配，不同的擴(kuò)散壓力對(duì)應(yīng)不同的溫 度、時(shí)間、氣體流量等參量。調(diào)整氣體流量包括調(diào)整大氮、小氮、干氧的流量大小，以及這幾 種氣體流量的比例。硅片可以承載于常規(guī)石英舟中，也可以承載于窄間隔的石英舟中。所 述的常規(guī)石英舟的相鄰硅片插槽間隔為4-6_，所述的窄間隔石英舟的相鄰硅片插槽間隔 為 2_3mm·
[0020] 與現(xiàn)有的常壓擴(kuò)散相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：
[0021] 1、本發(fā)明的減壓擴(kuò)散工藝引入擴(kuò)散過程中壓力這個(gè)變量，降低擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力， 同時(shí)調(diào)節(jié)溫度、時(shí)間、氣流量，避免湍流產(chǎn)生，從而提高擴(kuò)散方阻的均勻性，其不均勻性低于 2%。
[0022] 2、本發(fā)明的減壓擴(kuò)散減壓擴(kuò)散工藝由于擴(kuò)散方阻均勻性的提高，裝片石英舟槽間 距設(shè)計(jì)可降為標(biāo)準(zhǔn)值的一半左右，這樣帶來的效果是在設(shè)備體積不變的情況下產(chǎn)能大幅提 升。
[0023] 3、采用減壓擴(kuò)散工藝以后，擴(kuò)散過程擴(kuò)散磷源的利用效率提高，工藝過程中擴(kuò)散 磷源的用量大幅降低，節(jié)省成本。
[0024] 總之，本發(fā)明的減壓擴(kuò)散工藝可以提高單位時(shí)間設(shè)備的產(chǎn)量，降低擴(kuò)散磷源的用 量，提高擴(kuò)散方阻的均勻性進(jìn)而提高電池片光電轉(zhuǎn)換效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1表示實(shí)施例中探針測(cè)試儀測(cè)試硅片擴(kuò)散方阻的五個(gè)位置分布。
[0026] 其中：1-中心位置，2-右上位置，3-右下位置，4一左下位置，5-左上位置

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0028] 本發(fā)明提供一種制備高方阻電池片的減壓擴(kuò)散工藝，依托減壓擴(kuò)散爐，可以是現(xiàn) 有任何減壓擴(kuò)散爐，本實(shí)施例優(yōu)選為202989354U公開的高溫減壓擴(kuò)散爐，在此壓力下對(duì)硅 片進(jìn)行磷擴(kuò)散以及相關(guān)工藝過程。
[0029] 典型案例在2萬帕氣壓下進(jìn)行擴(kuò)散工藝，具體步驟如下：
[0030] (1)進(jìn)行準(zhǔn)備過程，將制絨后的硅片插入窄間隔石英舟中，石英舟的相鄰硅片插槽 間隔為2. 38mm。
[0031] (2)進(jìn)行恒溫降壓過程，溫度控制在810°C，通入3000SCCm大氮，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓 力降低至2萬帕，時(shí)間為600s。
[0032] (3)進(jìn)行前氧化過程，溫度控制在810°C，通入2000sccm大氮，lOOOsccm干氧，將擴(kuò) 散爐管內(nèi)壓力保持在2萬帕，時(shí)間為400s。
[0033] (4)進(jìn)行擴(kuò)散過程，溫度保持在810°C，通入1800sccm大氮，600sccm干氧與 60〇 SCCm小氮，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力保持在2萬帕，時(shí)間為500s。
[0034] (5)進(jìn)行升溫過程，將溫度升高至840°C，通入3000SCCm大氮，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力 保持在2萬帕，時(shí)間為300s。
[0035] (6)進(jìn)行深擴(kuò)散過程，溫度保持在840°C，1800sccm大氮，600sccm干氧與600sccm 小氮，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力保持在2萬帕，時(shí)間為500s。
[0036] (7)進(jìn)行磷推進(jìn)過程，溫度保持在840°C，通入3000SCCm大氮，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力 保持在2萬帕，時(shí)間為500s。
[0037] (8)進(jìn)行后氧化處理，溫度保持在840°C，通入2000sccm大氮，lOOOsccm干氧，將擴(kuò) 散爐管內(nèi)壓力保持在2萬帕，時(shí)間為600s。
[0038] (9)進(jìn)行降溫升壓過程，將溫度降低至680°C，通入lOOOOsccm大氮，將擴(kuò)散爐管內(nèi) 壓力升高至大氣壓，時(shí)間為1000s。
[0039] (10)進(jìn)行出舟取片過程，將石英舟從擴(kuò)散爐中取出，將硅片從石英舟中取出。
[0040] 制絨后的156多晶硅片經(jīng)此擴(kuò)散工藝，方阻的測(cè)試方法如下：每管選取6片硅片， 爐口（溫區(qū)一）兩片，爐中（溫區(qū)二）兩片，爐尾（溫區(qū)三）兩片；每片選五個(gè)測(cè)試點(diǎn)，中 心、右上、右下、左下、左上五點(diǎn)位置如下圖所示。片內(nèi)不均勻性的計(jì)算方法為：片內(nèi)不均勻 性=(最大值-最小值v(最大值+最小值）。
[0041] 表1 :常壓擴(kuò)散爐常壓下擴(kuò)散工藝所做的擴(kuò)散方阻值
[0042]

【權(quán)利要求】
1. 一種制備高方阻電池片的減壓擴(kuò)散工藝，其特征是，將制絨后的硅片插入擴(kuò)散爐的 石英舟中，然后依次進(jìn)行以下步驟： (1) 恒溫降壓過程：將溫度控制在800°C -820°c之間，通入1000sccm-5000sccm大氮， 將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力降低至5千至6萬帕，恒溫降壓過程的時(shí)間為300s-900s ; (2) 前氧化過程：將溫度控制在800°C _820°C之間，通入1000scc-5000sccm大氮， 300SCC-1500SCCm干氧，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力保持在5千至6萬帕之間，前氧化過程的時(shí)間為 300s_900s ; (3) 擴(kuò)散過程：將溫度保持在800°C -820°C之間，通入1000sccm-5000sccm大氮， 300sccm-1500sccm干氧與500sccm-1500sccm小氮，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力保持在5千至6萬帕 之間，擴(kuò)散時(shí)間為300s-600s ; (4) 升溫過程：將溫度升高至830°C -850°C，通入1000sccm-5000sccm大氮，將擴(kuò)散爐 管內(nèi)壓力保持在5千至6萬帕之間，升溫過程的時(shí)間為200s-600s ; (5) 深擴(kuò)散過程：將溫度保持在830°C -850°C之間，通入1000sccm-5000sccm大氮， 300sccm-1500sccm干氧與500sccm-1500sccm小氮，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力保持在5千至6萬帕 之間，深擴(kuò)散過程的時(shí)間為300s-600s ; (6) 磷推進(jìn)過程：將溫度保持在830°C _850°C之間，通入1000sccm-5000sccm大氮，將 擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力保持在5千至6萬帕之間，磷推進(jìn)過程的時(shí)間為300s-600s ; (7) 后氧化處理：將溫度保持在830°C _850°C之間，通入1000sccm-5000sccm大氮， 300sccm-1500sccm干氧，將擴(kuò)散爐管內(nèi)壓力保持在5千至6萬帕之間，后氧化時(shí)間為 300s_1000s ; (8) 降溫升壓過程，將溫度降低至650-720°C，通入1000-20000sccm大氮，將擴(kuò)散爐管 內(nèi)壓力升高至大氣壓，降溫升壓過程的時(shí)間為900-1800S。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備高方阻電池片的減壓擴(kuò)散工藝，其特征是，所述高方阻電 池片的方阻值為100-150 Ω / 口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述制備高方阻電池片的減壓擴(kuò)散工藝，其特征是，步驟⑴所 述石英舟為相鄰硅片插槽間隔為的窄間隔石英舟。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述制備高方阻電池片的減壓擴(kuò)散工藝，其特征是，步驟⑴所 述擴(kuò)散爐為高溫減壓擴(kuò)散爐。
【文檔編號(hào)】H01L31/0224GK104269459SQ201410489842
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】郭進(jìn), 成文, 劉文峰, 汪已琳, 姬常曉 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所