專利名稱：用于對(duì)硅片進(jìn)行摻硼的方法
用于對(duì)硅片進(jìn)行摻硼的方法本發(fā)明涉及進(jìn)入半導(dǎo)體和光伏電池生產(chǎn)工藝的硅片的制造領(lǐng)域，具體涉及用于對(duì)硅片進(jìn)行摻雜的操作。本發(fā)明的目的在于提供一種采用三氯化硼作為前驅(qū)物以對(duì)硅進(jìn)行P型摻硼的工藝，該工藝在降低的壓力下進(jìn)行實(shí)施。由于其目的，本發(fā)明還具有設(shè)計(jì)成實(shí)施所述摻雜工藝并將其應(yīng)用至大摻硼硅片制造的爐子。在電子集成電路和太陽(yáng)能電池的發(fā)展過(guò)程中，半導(dǎo)體生產(chǎn)依賴于以下技術(shù)主要基于通過(guò)摻雜對(duì)硅材料進(jìn)行固有改性。材料的摻雜包括將另一材料引入其基質(zhì)原子。這些原子將被一些原始原子替代，因此將引入更多的電子或產(chǎn)生空穴。電子不足元素插入硅網(wǎng)中可導(dǎo)致被認(rèn)為帶正電的材料，因此有術(shù)語(yǔ)“P型摻雜”。硼元素產(chǎn)生這種摻雜類型。摻雜通常在經(jīng)受特定壓力和溫度的反應(yīng)器或爐子中實(shí)施。將摻雜元素以呈汽態(tài)的前驅(qū)化合物的形式引入爐子中，在爐子中，摻雜元素與一種或多種反應(yīng)氣體反應(yīng)以產(chǎn)生待沉積的摻雜化合物本身，并將摻雜劑擴(kuò)散入硅原子網(wǎng)中。使用運(yùn)載氣體將它引入爐子的腔室中，運(yùn)載氣體的作用是將它驅(qū)趕至硅片的表面。為此，它通過(guò)與所述前驅(qū)物源接觸而稀釋于運(yùn)載氣體中，該前驅(qū)物源可以是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)源。為了工業(yè)生產(chǎn)，使用臥式爐或立式爐，其腔室通常呈圓柱管的形狀，將硅片設(shè)置在爐子中的由石英或碳化硅制成的襯底上。腔室的一端配設(shè)有門以允許引入硅片。另一端由固定端壁封擋?？赏ㄟ^(guò)腔室的一個(gè)壁，適宜地通過(guò)端壁，引入摻雜氣體、運(yùn)載氣體和反應(yīng)氣體。眾所周知的是，運(yùn)行條件，尤其溫度和壓力，是反應(yīng)器中流體動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵參數(shù)， 而且它們對(duì)于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)有決定性的影響，形成的化合物能根據(jù)作出的選擇而大有不同。 具體地說(shuō)，必須防止形成對(duì)反應(yīng)器侵蝕或?qū)Σ僮髡哂泻Φ幕衔?，還必須限制副反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)生，這些副反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)干擾摻雜質(zhì)量、使腔室結(jié)垢并污染氣態(tài)排出物。緊要地是，對(duì)于在設(shè)于反應(yīng)器整個(gè)長(zhǎng)度上的硅片獲得均質(zhì)潤(rùn)濕(即，氣態(tài)混合物與待處理的所有表面相接觸)和在硅片的整個(gè)表面上獲得均一沉積來(lái)說(shuō)，氣態(tài)循環(huán)是最優(yōu)的。此外，重要的是控制前驅(qū)物的氧化，以使所需的化合物形式被正確沉積，而不導(dǎo)致形成不合需要的反應(yīng)產(chǎn)物。根據(jù)最常用的摻雜工藝之一，因?yàn)樵诖髿鈮毫ο略跔t子中實(shí)施該摻雜工藝而稱為 “開管”，將硅片引入爐子并帶到通常800°C -1200°C的溫度。該溫度對(duì)于確保通過(guò)摻雜劑的擴(kuò)散而滲入硅片的表層來(lái)說(shuō)是必需的。然而，這些工藝產(chǎn)生在爐子和環(huán)境中散布酸的重大風(fēng)險(xiǎn)。在反應(yīng)腔室中，從摻雜劑獲得的這種酸的存在對(duì)于硅片處理重復(fù)性有影響，并常常產(chǎn)生HCl點(diǎn)蝕硅表面的問題。酸蒸汽在爐子環(huán)境中的可能釋放會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)期的維護(hù)停機(jī)和產(chǎn)能損失。由于腔室中從一個(gè)位置到下一位置的大損耗，要以高流量輸送氣體以在所有硅片上獲得均質(zhì)的分布，這會(huì)產(chǎn)生大量的氣體消耗并因此產(chǎn)生大量的待處理排出物。由于這種損耗，為了獲得良好的摻雜均勻性而不過(guò)度增加成本，爐子必須保持尺寸適中，這就必須處理具有適度尺寸(小于IOcm2)的硅片，且要在每個(gè)硅片之間設(shè)置相對(duì)較大的空間(大于5mm)。因此，能裝入爐子的硅片數(shù)量局限于約50個(gè)。這種約束對(duì)于制造用于太陽(yáng)能電池的硅片來(lái)說(shuō)是尤其不利的。更具體地考慮摻硼，為了補(bǔ)救這些問題，已經(jīng)作出各種嘗試以開發(fā)摻雜方法。已經(jīng)實(shí)施了使用不同硼源的試驗(yàn)。然而，有許多障礙要克服。要避免混合有四乙基正硅酸鹽 (TEOS)的硼酸，這是因?yàn)榧词褂凶畲蟮募兌?，它也仍然含鐵，這會(huì)削減產(chǎn)量。傳統(tǒng)的88巧是對(duì)于操作者和設(shè)備有毒有害的液體。乙硼烷是有毒氣體，出于明顯的安全原因，應(yīng)放棄乙硼烷。由于這些缺點(diǎn)，生產(chǎn)商正尋求一種使用低毒氣態(tài)前驅(qū)物的技術(shù)。三氯化硼是滿足該要求的其它化合物。然而，由于控制其反應(yīng)的難度，已經(jīng)放棄了它。在這個(gè)主題上，可提及專利US 4 381 213，其描述了一種通過(guò)BCl3來(lái)對(duì)硅片進(jìn)行摻硼的方法，該方法需要多個(gè)階段。首先形成50埃的氧化物層，以保護(hù)硅片表面不受后續(xù)階段中硼化物反應(yīng)形成的侵蝕性產(chǎn)物影響。然后，將包含硼前驅(qū)物的氣態(tài)組合物引入反應(yīng)器中并同時(shí)用作氧化氣體，整個(gè)混合物在6. 7Pa-66. 5Pa的受控真空下反應(yīng)，以在硅片上形成一層含硼化合物。最后，加熱階段導(dǎo)致硼的再分布，并以所需的深度將硼結(jié)合入硅片中。然而， 該方法仍然需要實(shí)現(xiàn)含硼層的再氧化，因此在不損壞硅片表面的前提下可放棄該方法。已經(jīng)嘗試了一些對(duì)策以增大硅片之間的間隔或增大氣態(tài)流量，如上所述，這也是不令人滿意的。已經(jīng)采取了其它對(duì)策以在低壓下進(jìn)行處理，但這些技術(shù)在其使用中非常有限制。 還將其它對(duì)策轉(zhuǎn)向使用非常不同的技術(shù)，諸如離子注入，其具有非常不適宜的經(jīng)濟(jì)和工業(yè)特征，不適于這里所關(guān)注的應(yīng)用。因此，存在一個(gè)多年來(lái)提出且直到現(xiàn)在仍滿足不了的需求使用一可實(shí)施對(duì)硅進(jìn)行摻硼的技術(shù)，該技術(shù)是均質(zhì)的、可重復(fù)的和可靠的，可在一個(gè)周期內(nèi)處理100個(gè)以上大尺寸的硅片，而氣體消耗適度。本發(fā)明的目的是通過(guò)提出一種對(duì)硅進(jìn)行摻硼的新工藝來(lái)解決上述問題以滿足該需求。所提出的工藝提供了在降低的壓力下、即在亞大氣壓的壓力下操作的優(yōu)點(diǎn)，然而， 其非常優(yōu)于LPCVD(低壓化學(xué)氣相沉積)技術(shù)所產(chǎn)生的幾帕量級(jí)的工藝壓力。所限定的操作條件可使用三氯化硼B(yǎng)C13(也稱為三氯硼烷)作為摻雜元素的前驅(qū)化合物，三氯化硼是一種被認(rèn)為具有難以控制的反應(yīng)性的氣體。由于這些特定操作條件的開發(fā)，現(xiàn)在可使用提供以下優(yōu)點(diǎn)的前驅(qū)物氣體來(lái)實(shí)施摻硼對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)較易操作。所提出工藝的另一優(yōu)點(diǎn)是氣體在一定程度上的緊密混合，這促進(jìn)了在所有硅片上的均勻沉積。因此所實(shí)現(xiàn)的性能水平可對(duì)大尺寸和大量的硅片進(jìn)行摻雜，由于優(yōu)良的產(chǎn)量和無(wú)與倫比的安全條件，這在制造光伏電池時(shí)尤其有用。在對(duì)所處理硅片的高質(zhì)量摻雜中，用于實(shí)施前驅(qū)物氧化、以及在硅層中對(duì)硼進(jìn)行沉積和擴(kuò)散的其它工業(yè)約束已被觀察到并達(dá)到頂點(diǎn)。因此，作為其目的，本發(fā)明具有一種對(duì)放置在爐子腔室中的襯底上的硅片進(jìn)行摻硼的工藝，腔室的一端包括壁，用于引入反應(yīng)氣體和氣態(tài)形式硼前驅(qū)物的運(yùn)載氣體的裝置位于該壁中，由此所述工藝包括以下階段a)_在腔室中，在lkPa-30kPa的壓力下并在800°C -1100°C的溫度下，使反應(yīng)氣體與在運(yùn)載氣體中稀釋的三氯化硼B(yǎng)Cl3反應(yīng)，以形成氧化硼化03玻璃層；
b)_在N2+A的氣氛下并在lkPa-30kPa的壓力下，在硅中實(shí)施硼原子的擴(kuò)散。在爐子中實(shí)施該工藝，該爐子例如呈通常水平的圓柱管子形狀，設(shè)有由門氣密密封并將硅片引入其中的腔室。爐子包括管子，用于在精確控制的流量和壓力條件下將氣體注入腔室以實(shí)現(xiàn)上述各階段。通過(guò)位于反應(yīng)器的壁中的附加管子來(lái)確保氣體的抽取。該管子的開口位于與氣體注入管子相對(duì)的端部處，較佳地在左側(cè)。例如包括電阻器的加熱裝置圍繞腔室分布，與腔室隔開或接觸。爐子設(shè)有氣體抽取裝置，包括連接至上述抽空管子的抽吸裝置，用來(lái)在腔室中形成恒定且受控的局部真空。該抽吸可引導(dǎo)和保持腔室中的氣體速度，同時(shí)對(duì)來(lái)自于其中的排出物進(jìn)行恒定的抽空，從而有利地在反應(yīng)過(guò)程中改變?nèi)魏位瘜W(xué)平衡。這些氣體抽取裝置具有作為主要部件的隔膜泵，該隔膜泵的元件與包括全氟聚合物的氣體相接觸。同樣，與反應(yīng)氣體相接觸的所有元件都由全氟聚合物、石英或碳化硅形成。根據(jù)該工藝，在第一步驟中，硼前驅(qū)物的分解產(chǎn)生以硅片上的玻璃形式沉積的氧化物B2O3，在第二步驟中，硼原子在硅中擴(kuò)散，且對(duì)其半導(dǎo)體性質(zhì)進(jìn)行局部改性，由此該階段本身實(shí)現(xiàn)了對(duì)硅進(jìn)行摻雜。這兩個(gè)階段是在所謂的亞大氣壓的壓力水平下進(jìn)行的，且與相對(duì)簡(jiǎn)單的用于形成局部真空的裝置相容，而不像在諸如LPCVD的低壓技術(shù)和在大氣壓技術(shù)中所使用的工具和工藝那樣。為了本說(shuō)明書的目的，反應(yīng)氣體是指與前驅(qū)物氣體反應(yīng)的氣體(排除了前驅(qū)物氣體本身)。典型地，為了簡(jiǎn)化起見，雖然可使用其它氣體，但這里所述的反應(yīng)氣體將是氧氣和氫氣，而運(yùn)載氣體是氮?dú)?。根?jù)所述工藝的階段，無(wú)論運(yùn)載氣體是否包含前驅(qū)物氣體，都可將運(yùn)載氣體引入腔室中，假如上下文沒有明顯指出的話，運(yùn)載氣體將是指定的。所述化學(xué)反應(yīng)以及尤其其動(dòng)力學(xué)的主要特征已經(jīng)由v. Geiss和E. Friischle發(fā)表在J. Electrochem. Soc. Solid State Science and Technology,1976 年 1 月，pp. 133 to 136 中。還應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，參照正常的溫度和壓力條件來(lái)提供物理值(溫度、壓力、流量等)。根據(jù)本發(fā)明的一特定實(shí)施例，在階段b)中，腔室中的壓力是15kPa-30kPa (或 150mbar-300mbar)。因此，在工藝的該第二階段期間，可保持壓力等于第一階段的壓力，或者如果希望對(duì)摻雜劑在硅網(wǎng)中的擴(kuò)散進(jìn)行加速的話，則可增大壓力，而不損害最終產(chǎn)品的所需質(zhì)量。根據(jù)作為本發(fā)明目的的該工藝的一較佳特征，在階段a)和b)期間，腔室區(qū)域中在硅片附近的溫度是900°C -1000°C。這里關(guān)注的目標(biāo)具體地說(shuō)是處理區(qū)域，即硅片在周期中所放置且前驅(qū)物發(fā)生沉積的爐子區(qū)域，能夠以不同的方式對(duì)爐子的其它區(qū)段調(diào)節(jié)溫度，如同在后面所看到的那樣。在本發(fā)明的一有利實(shí)施例中，在階段a)中，以20立方厘米/分至100立方厘米/ 分的速率將三氯化硼提供至腔室中。較佳的是，以呈注入氧氣的流量的約四分之一的流量將三氯化硼引入腔室中。如同已經(jīng)指出的那樣，使用運(yùn)載氣體來(lái)分配三氯化硼，運(yùn)載氣體是中性氣體，例如氮?dú)饣驓鍤?。在預(yù)料不到的方式中，顯現(xiàn)出稀釋因子可以非常大。因此，根據(jù)本發(fā)明，將三氯化硼稀釋在運(yùn)載氣體中而達(dá)到3% -95%的體積濃度。根據(jù)作為本發(fā)明目的的該工藝另一有利特征，腔室中的總氣態(tài)流量小于5升/分。
根據(jù)作為本發(fā)明目的的該工藝一有利特征，將三氯化硼的反應(yīng)氣體和運(yùn)載氣體引入自由區(qū)域，該自由區(qū)域位于端壁和容納硅片的處理區(qū)域之間的腔室區(qū)段中，在該自由區(qū)域，在對(duì)所述硅片進(jìn)行沖洗和潤(rùn)濕之前對(duì)反應(yīng)氣體和運(yùn)載氣體進(jìn)行混合，自由區(qū)域有利地占據(jù)腔室總?cè)莘e的10% -20%。實(shí)際上，假如在外部完成氣體的混合，即在氣體注入腔室之前完成氣體的混合，則由于所涉及化合物的高反應(yīng)性，難以控制反應(yīng)。相比之下，當(dāng)在硅片位置完成氣體的混合時(shí)，摻雜的均質(zhì)性非常差，可重復(fù)性不確定。為此，當(dāng)在沒有硅片的自由空間位置的原位、即就在腔室中完成反應(yīng)氣體與前驅(qū)物的混合時(shí)，氧化物的沉積是令人滿意的。該自由空間因此呈現(xiàn)出是必需的，并適于以最優(yōu)的方式實(shí)施必須一起反應(yīng)的不同氣體的混合，從而實(shí)施氧化硼的沉積。較佳的是，為了實(shí)施，該自由區(qū)域位于與設(shè)有門的爐子端部相對(duì)的一側(cè)。根據(jù)本發(fā)明工藝的另一有利特征，在階段a)期間，腔室自由區(qū)域的溫度比處理區(qū)域的溫度低5% -15%，較佳地低約10%。在已知的方式中，這里所用的腔室加熱裝置包括若干獨(dú)立元件，這些獨(dú)立元件可使該實(shí)施例具有可改適和可控制的縱向溫度分布。這些元件中的一個(gè)元件放置在自由區(qū)域，并以單獨(dú)的方式被控制以在該自由區(qū)域獲得比腔室處理區(qū)域低的溫度。在一有利的方式中，在根據(jù)本發(fā)明的工藝中，與前驅(qū)物反應(yīng)的氣體是氧氣和氫氣， 運(yùn)載氣體是氮?dú)猓ㄟ^(guò)單獨(dú)的管子將所述氣體中的每種氣體引入腔室中。不言自明的是， 在處理過(guò)程中，運(yùn)載氣體載有前驅(qū)物，但在與其處理相關(guān)的操作過(guò)程中，可引入運(yùn)載氣體自身。因此，與其它技術(shù)相比，可將反應(yīng)氣體和摻雜劑前驅(qū)物(H2、02和肌13)單獨(dú)注入， 僅僅從它們以給定溫度進(jìn)入腔室的時(shí)刻開始才相互反應(yīng)。因?yàn)榛旌峡稍诘竭_(dá)硅片之前完成，所以混合在自由且較為不熱的區(qū)域中更加有效。這提供了以下優(yōu)點(diǎn)在開始導(dǎo)致前驅(qū)物氧化和沉積的化學(xué)反應(yīng)開始之前，使R-BCl3和吐混合物均質(zhì)化。因此可對(duì)僅在腔室中發(fā)生的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行更好的控制。根據(jù)作為本發(fā)明目的的該工藝一較佳特征，將氫氣以及可能裝有或不裝有硼前驅(qū)物的運(yùn)載氣體引入端壁附近的腔室自由區(qū)域，將氧氣引入處理區(qū)域附近。因此，在最熱區(qū)域附近，盡可能靠近硅片所占據(jù)的位置，在運(yùn)載氣體中稀釋的前驅(qū)物氣體和氫氣在與氧氣反應(yīng)之前混合。此外，通過(guò)開口與端壁相對(duì)地敞開的抽取管子來(lái)抽空氣體，所述管子連接至抽吸單元，該抽吸單元配設(shè)有用于對(duì)腔室中的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的系統(tǒng)。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)呈現(xiàn)出被該裝置所改進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明的一特定實(shí)施例，在階段a)，以下面的體積比例將氣體引入腔室中運(yùn)載氣體+硼前驅(qū)物55 % -80 %，氫氣0.5%-15%，氧氣15%-30%。這些特定比例示出了用于產(chǎn)生滿足均質(zhì)性和均勻性要求的摻硼硅層的其中可能值的組合。例如，可以使用1/4的氧氣，1/8的氫氣和5/8的運(yùn)載氣體+前驅(qū)物。還以預(yù)料不同的方式顯現(xiàn)的是，為了完全令人滿意地實(shí)施該工藝，少量氫氣就足夠了。此外，在一有利的方式中，本發(fā)明的工藝包括階段a)之前的一階段，在該階段期間，使反應(yīng)氣體和運(yùn)載氣體的操作參數(shù)——即流量、壓力、通量和溫度——穩(wěn)定。在該階段期間，該階段較短(持續(xù)幾十秒)，發(fā)生硅的表面濕氧化，這防止在前驅(qū)物和硅的接觸期間不合需要地形成諸如SiyBx的化合物。水蒸汽通過(guò)氧氣和氫氣的反應(yīng)形成。為了產(chǎn)生本發(fā)明的工藝，本領(lǐng)域技術(shù)人員將基于摻雜元素的濃度和硅中滲入的深度來(lái)設(shè)定前驅(qū)物沉積時(shí)間和硼擴(kuò)散時(shí)間。例如，用于沉積氧化硼B(yǎng)2O3玻璃層的階段a)可進(jìn)行約5-30分鐘，用于擴(kuò)散硼原子的階段b)可持續(xù)約10-30分鐘。在工業(yè)操作的層面上，剛剛描述的工藝是尤其有效的，這是因?yàn)樗峁┝烁叩目芍貜?fù)性，包括停機(jī)之后的后續(xù)重啟。沒有觀察到摻雜劑過(guò)度(過(guò)量)或任何記憶效應(yīng)。與大氣壓技術(shù)或LPCVD相比，外圍性質(zhì)是令人滿意的；清洗頻率大大降低。結(jié)果，顯著縮短了維護(hù)時(shí)間，一般地說(shuō)，成比例地降低了操作成本。這里所宣稱的工藝有利地在一爐子中實(shí)施，該爐子的一般模型是用在降低的壓力下進(jìn)行摻雜的相關(guān)技術(shù)中的爐子，具體與通過(guò)隔膜泵產(chǎn)生局部真空并對(duì)該局部真空進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)的裝置有關(guān)，諸如在專利申請(qǐng)F(tuán)R 2 824 663中所述的那樣，但包括能夠滿足在上述條件下進(jìn)行摻硼的特定結(jié)構(gòu)的合適特征。這就是為什么用于對(duì)放置在襯底上的硅片進(jìn)行摻硼的爐子也是本發(fā)明的一目的的原因，該爐子包括腔室，腔室一端包括壁，壁中設(shè)有用于引入反應(yīng)氣體和氣態(tài)形式硼前驅(qū)物的運(yùn)載氣體的裝置，所述爐子的特點(diǎn)在于，腔室包括用于容納硅片襯底的區(qū)域、所述處理區(qū)域、以及位于所述端壁和所述用于容納硅片襯底的區(qū)域之間的自由區(qū)域，由此所述自由區(qū)域占據(jù)所述腔室總?cè)莘e的10% -20%。作為本發(fā)明目的的爐子有利地配設(shè)有用于加熱腔室的裝置，該裝置包括若干獨(dú)立元件，可使該實(shí)施例具有可改適和可控制的縱向溫度分布，這些元件中的至少一個(gè)元件專用于自由區(qū)域的特定加熱。在最優(yōu)的方式中，沿腔室的壁放置五個(gè)元件，每個(gè)元件在爐子的對(duì)應(yīng)區(qū)段中配設(shè)有傳感器和用于調(diào)節(jié)溫度的裝置。該布置防止出現(xiàn)沿爐子處理區(qū)域的溫度差異，具體在門的位置，同時(shí)如這里所需的那樣可降低腔室端部處的溫度。根據(jù)本發(fā)明一較佳特征，所述爐子包括兩個(gè)單獨(dú)管子一個(gè)管子用于引入第一反應(yīng)氣體，例如氫氣，另一管子用于引入運(yùn)載氣體(和硼前驅(qū)物)，后者通入端壁附近的自由區(qū)域，用于引入第二反應(yīng)氣體、例如氧氣的管子通入處理區(qū)域附近。它還包括氣體抽取管子，該氣體抽取管子的開口與端壁相對(duì)地敞開，所述管子連接至抽吸單元，該抽吸單元配設(shè)有用于對(duì)腔室中的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)和監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。剛剛描述的工藝滿足了摻雜硅片生產(chǎn)商所需的質(zhì)量和效率的要求。具體地說(shuō)，該技術(shù)與目前所用的多件設(shè)備相容。它確保了在同一硅片的整個(gè)表面上、同一批(裝載在襯底上的成組硅片)的每個(gè)硅片上、以及批與批之間的優(yōu)良處理均勻性。還可處理硅片而沒有尺寸限制，這構(gòu)成了一定的優(yōu)點(diǎn)，尤其是對(duì)于光伏應(yīng)用。這是為什么上述工藝應(yīng)用在表面積為50cm2-700cm2的硅片上產(chǎn)生P型結(jié)也是本發(fā)明一目的的原因。獲得了圓形或方形的摻硼硅片，其表面積對(duì)應(yīng)于具有目前傳統(tǒng)尺寸的硅片的表面積。這里所述的技術(shù)還提供了以下優(yōu)點(diǎn)允許摻雜導(dǎo)電板的精細(xì)制造，因此消耗較少的硅。上述工藝的應(yīng)用宣稱生產(chǎn)厚度為100μπι-150μπι的摻硼硅片。摻硼硅片的大尺寸和小厚度的組合可使摻硼硅片尤其適于用在光伏電池制造領(lǐng)域。它尤其允許制造消耗較少硅的半導(dǎo)體板，這在不規(guī)律供應(yīng)原材料的方面是具有決定性的。
本發(fā)明的工藝實(shí)際上找到了其在以小于或等于5mm的間隔放置在襯底上的成組一百個(gè)或數(shù)百個(gè)硅片上形成P型結(jié)的應(yīng)用。實(shí)際上，該工藝所實(shí)現(xiàn)的性能水平使得即使大量硅片以其間的小間隔進(jìn)行布置，也可以均質(zhì)的方式且在單個(gè)周期中處理大量硅片。這呈現(xiàn)了無(wú)可置疑的工業(yè)貢獻(xiàn)。本發(fā)明最終可應(yīng)用于要求P型摻硼和高產(chǎn)率的光伏電池制造或任何其它領(lǐng)域中的任何技術(shù)發(fā)展，并可尤其制造雙面光伏板。此外，所述的工藝有利地可應(yīng)用于摻硼硅片的生產(chǎn)，該摻硼硅片設(shè)計(jì)成用于從冶金級(jí)硅N制造光伏電池。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征將在閱讀了下面借助非限制性實(shí)例給出的一實(shí)施例的描述后顯現(xiàn)出來(lái)。實(shí)例1

圖1示出了用于處理硅片的本發(fā)明爐子的示意剖視圖。圖1的爐子設(shè)有與加熱裝置9組合的氣密腔室3，將放置在襯底2上并必須經(jīng)受處理的硅片1引入該氣密腔室。通過(guò)固定端壁4和門13來(lái)對(duì)圓柱形的腔室3在其兩端進(jìn)行氣密密封，該門由直徑稍稍小于管子直徑的不透明石英熱塞14來(lái)保護(hù)。腔室包括處理區(qū)域 5和自由區(qū)域。硅片1以橫向于氣流方向的方式設(shè)置在爐子的腔室3中。 圍繞腔室3安裝的加熱裝置9包括各獨(dú)立的區(qū)段9a_9e，可形成合適且受控的縱向溫度分布。加熱裝置的區(qū)段9e垂直于自由區(qū)域6。爐子包括用于將氣體引入腔室3的三個(gè)管子10、11、12和連接至抽吸單元16的氣態(tài)排出物抽取管子15，該抽吸單元位于遠(yuǎn)離爐子的適度區(qū)域中。抽吸單元16包括回流抽吸泵，有利地是隔膜型的，至少對(duì)于其與氣體相接觸的元件，回流抽吸泵由可經(jīng)受腐蝕的材料制成，例如基于全氟聚合物，諸如聚四氟乙烯(PTFE)或全氟烷氧基樹脂(PFA)，以一般商標(biāo)名TEFLON(特氟隆)而更為人所知。抽吸單元16還包括用于監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)爐子腔室中的局部真空的元件。用于將氣體引入腔室的管子10、11、12在各側(cè)穿過(guò)端壁4并通入自由區(qū)域6。氣體抽取管子15也穿過(guò)端壁4，但它在腔室的另一端起始。第一管子11在壁4附近引入氫氣， 第二管子12也在壁4附近引入混合物N2-BCl3，用于防止H2、N2-BC13混合物的預(yù)期裂化。管子12將氧氣引入腔室3。該管子在處理區(qū)域5通入腔室3，靠近硅片1的襯底2所占據(jù)的位置。實(shí)例2該實(shí)例描述了通過(guò)本發(fā)明摻硼工藝的一具體實(shí)施例來(lái)對(duì)多個(gè)硅片進(jìn)行處理的循環(huán)。在之前實(shí)例所述的爐子中完成該處理。襯底2裝有400個(gè)直徑為150mm的硅片， 且放置在腔室3的處理區(qū)域5中。門13是氣密密封的，加熱裝置9可使處理區(qū)域5達(dá)到 9600C的調(diào)節(jié)溫度，并使自由區(qū)域6達(dá)到880°C的調(diào)節(jié)溫度。在幾分鐘之后，允許反應(yīng)氣體進(jìn)入腔室以穩(wěn)定壓力和流量。將壓力設(shè)為30kPa。運(yùn)載氣體是氮?dú)猓慌鹎膀?qū)物是氣態(tài)的三氯化硼B(yǎng)C13。反應(yīng)氣體是氧氣和氫氣。注入持續(xù)15分鐘，總流量是5升/分的量級(jí)而呈以下比例
BC13:1 升 / 分，02:4 升 / 分，N2和H2:體積添加。由于使用質(zhì)量流量監(jiān)測(cè)裝置，首先以嚴(yán)格比例將活性氣體BCl3與氮?dú)饣旌?。將該混合物的壓力調(diào)節(jié)和控制到約一個(gè)大氣壓。安裝在該裝置和用于引入氣體的管子之間的閥確保為了在反應(yīng)器腔室中獲得所需壓力而必需的壓降。這樣，嚴(yán)格調(diào)節(jié)和控制組分以及氫氣和氧氣的流量和壓力。在該階段的結(jié)束處，將一層氧化硼化03沉積在薄片的表面上。然后，以以下方式進(jìn)行擴(kuò)散階段30分鐘將溫度保持在960°C，將壓力帶到 250mbar，用于更好的換熱以確保溫度均勻性和因此的擴(kuò)散均勻性。將氮?dú)夂脱鯕獾牧髁勘３衷谂c前述階段中相同的水平。在完整處理周期結(jié)束時(shí)，對(duì)硅片測(cè)試各種性質(zhì)。用橢圓計(jì)實(shí)施的測(cè)量表明形成在硅片表面上的玻璃包含厚度為1，300埃的硼原子。折射率是1.475+/-0.025。在每組三硅片的九點(diǎn)處實(shí)施均勻性的測(cè)量。在板上的點(diǎn)與點(diǎn)之間、在組中的板與板之間、以及在組與組之間，都獲得小于5 %的均勻度。因此應(yīng)注意的是，在根據(jù)本發(fā)明的上述條件下實(shí)現(xiàn)的、對(duì)硅進(jìn)行摻硼的結(jié)果是優(yōu)良的，這尤其是因?yàn)樗幚淼墓杵^大并在單次裝載中已對(duì)400個(gè)硅片進(jìn)行摻雜。
權(quán)利要求
1.用于對(duì)放置在爐子的腔室(3)中的襯底( 上的硅片(1)進(jìn)行摻硼的工藝，所述腔室的一端包括壁，用于引入反應(yīng)氣體和氣態(tài)形式硼前驅(qū)物的運(yùn)載氣體的裝置位于所述壁中，其特征在于，所述工藝包括以下階段a)_在所述腔室中(3)，在lkPa-301tfa的壓力下并在800°C-1100°C的溫度下，使所述反應(yīng)氣體與在所述運(yùn)載氣體中稀釋的三氯化硼B(yǎng)Cl3反應(yīng)，以形成氧化硼化03玻璃層；b)_在隊(duì)+仏的氣氛下并在lkPa-30kPa的壓力下，在硅中實(shí)施硼的擴(kuò)散。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，在階段b)中，所述腔室中的所述壓力是 15kPa-30kPa。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，在階段a)和b)中，所述腔室的所述硅片(1) 附近的區(qū)域、所述處理區(qū)域(5)中的溫度是900°C-1000°C。
4.如前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，在階段a)中，將所述三氯化硼以 20立方厘米/分-100立方厘米/分的流量提供至所述腔室( ，較佳地呈現(xiàn)注入氧氣的流量的約四分之一。
5.如前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，將所述三氯化硼稀釋在所述運(yùn)載氣體中而達(dá)到3% -95%的體積濃度。
6.如前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，所述腔室(3)中的總氣態(tài)流量小于5升/分。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，將所述反應(yīng)氣體和三氯化硼的所述運(yùn)載氣體引入自由區(qū)域(6)，所述自由區(qū)域位于所述腔室C3)的在所述端壁(4)和容納所述硅片(1)的所述處理區(qū)域( 之間的區(qū)段中，在所述自由區(qū)域，所述反應(yīng)氣體和所述運(yùn)載氣體在潤(rùn)濕所述硅片之前混合，所述自由區(qū)域占據(jù)所述腔室C3)的總?cè)莘e的10%-20%。
8.如權(quán)利要求7所述的工藝，其特征在于，在階段a)中，所述腔室的所述自由區(qū)域(6) 的溫度比所述處理區(qū)域(5)的溫度低5% -15%，較佳地低約10%。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，與所述前驅(qū)物反應(yīng)的氣體是氧氣和氫氣，所述運(yùn)載氣體是氮?dú)饣驓鍤猓ㄟ^(guò)單獨(dú)的管子(7’，7”，7”’ )將所述氣體中的每種氣體引入所述腔室。
10.如前述權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，將氫氣和三氯化硼的所述運(yùn)載氣體引入所述腔室中所述壁(4)附近，將所述氧氣引入所述處理區(qū)域(5)附近的所述自由區(qū)域。
11.如前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，在階段a)中，以下面的體積比例將所述氣體引入所述腔室(3)中運(yùn)載氣體+硼前驅(qū)物力5% -80%,氫氣0. 5% -15%,氧氣15% -30% ο
12.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，在階段a)之前，使所述反應(yīng)氣體和所述運(yùn)載氣體的操作參數(shù)——即流量、壓力、通量和溫度——穩(wěn)定幾十秒。
13.用于對(duì)放置在襯底(2)上的硅片(1)進(jìn)行摻硼的爐子，所述爐子包括腔室(3)，所述腔室的一端包括壁G)，用于引入反應(yīng)氣體和氣態(tài)形式硼前驅(qū)物的運(yùn)載氣體的裝置位于所述壁中，其中，所述腔室包括用于容納所述硅片的襯底的區(qū)域(8)、所述處理區(qū)域、以及位于所述端壁(4)和所述用于容納所述硅片的襯底的區(qū)域( 之間的自由區(qū)域(6)，由此所述自由區(qū)域占據(jù)所述腔室(3)的總?cè)莘e的10% -20%。
14.如前述權(quán)利要求所述的爐子，其特征在于，所述爐子配設(shè)有用于加熱所述腔室(3) 的裝置，所述裝置包括若干獨(dú)立元件(9a_9e)從而能產(chǎn)生可改適和可控制的縱向溫度分布，這些元件中的至少一個(gè)元件專用于所述自由區(qū)域(6)的特定加熱。
15.如權(quán)利要求13或14所述的爐子，其特征在于，所述爐子包括用于引入第一反應(yīng)氣體和包含硼前驅(qū)物的運(yùn)載氣體的兩個(gè)單獨(dú)的管子(10，11)，所述兩個(gè)單獨(dú)的管子(10，11)通入所述腔室(3)中所述端壁附近，用于引入第二反應(yīng)氣體、較佳地是氧氣的管子(12)，所述管子(1 通入所述處理區(qū)域 (5)附近，以及氣體抽取管子(15)，所述氣體抽取管子的開口與所述端壁相對(duì)地敞開，所述管子連接至抽吸單元(16)，所述抽吸單元配設(shè)有用于對(duì)所述腔室中的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)和監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。
16.對(duì)如權(quán)利要求1至12中一項(xiàng)所述的工藝的應(yīng)用，用于在表面積為50cm2-700cm2的硅片上產(chǎn)生P型結(jié)。
17.對(duì)如權(quán)利要求1至12中一項(xiàng)所述的工藝的應(yīng)用，用于生產(chǎn)厚度為100μπι-150μπι 的摻硼硅片。
18.對(duì)如權(quán)利要求1至12中一項(xiàng)所述的工藝的應(yīng)用，用于在以小于或等于5mm的間隔放置在襯底上的成組一百個(gè)或數(shù)百個(gè)硅片上形成P型結(jié)。
19.如權(quán)利要求16至18中一項(xiàng)所述的應(yīng)用，用于生產(chǎn)摻硼硅片，所述摻硼硅片設(shè)計(jì)成用于從冶金級(jí)硅N制造光伏電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)放置在爐子腔室中的襯底上的硅片進(jìn)行P型摻硼的方法，腔室的一端包括壁，用于引入反應(yīng)氣體和氣態(tài)形式硼前驅(qū)物的運(yùn)載氣體的裝置位于該壁中，由此所述方法包括以下階段a)在腔室中，在1kPa-30kPa的壓力下并在800℃-1100℃的溫度下，使反應(yīng)氣體與在運(yùn)載氣體中稀釋的三氯化硼B(yǎng)Cl3反應(yīng)，以形成氧化硼B(yǎng)2O3玻璃層，b)在N2+O2的氣氛下并在1kPa-30kPa的壓力下，在硅中實(shí)施硼原子的擴(kuò)散。本發(fā)明還涉及用于實(shí)施所述摻硼方法的爐子及其應(yīng)用，用于制造大的摻硼硅片，尤其用于光伏應(yīng)用。
文檔編號(hào)C30B31/02GK102428540SQ201080019362
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月6日
發(fā)明者Y·佩里格林 申請(qǐng)人:塞姆科工程股份有限公司