本發(fā)明主要涉及一種電子半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝設(shè)備領(lǐng)域，特指一種可以適用于晶體硅太陽能電池?cái)U(kuò)散工藝的擴(kuò)散爐，用來提升擴(kuò)散爐爐口硅片方阻均勻性。

背景技術(shù)：

擴(kuò)散爐主要用于在高溫條件下對(duì)半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行摻雜，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。在太陽能光伏行業(yè)中，擴(kuò)散爐用于太陽能電池的熱擴(kuò)散工藝，即在熱環(huán)境下將元素磷、硼擴(kuò)散入硅片，制備形成太陽能電池的pn結(jié)。擴(kuò)散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。

擴(kuò)散爐的擴(kuò)散工藝在石英反應(yīng)管中完成，反應(yīng)管在爐口設(shè)有爐門，爐門在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下可打開和關(guān)閉。擴(kuò)散工藝前，爐門打開，送料機(jī)構(gòu)（送料漿）將載有硅片的石英舟送入爐管內(nèi)，然后送料漿退出，爐門關(guān)閉；接著進(jìn)行電加熱，同時(shí)從石英反應(yīng)管尾部輸入擴(kuò)散工藝氣體，開始擴(kuò)散工藝過程，擴(kuò)散后的廢氣通過爐口排廢管排出。

在上述過程中，擴(kuò)散方阻均勻性是擴(kuò)散工藝的關(guān)鍵指標(biāo)。隨著太陽能電池向高效、低成本方向發(fā)展，硅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60ω/口到100ω/口不斷增加，擴(kuò)散爐對(duì)硅片擴(kuò)散均勻性的控制越來越嚴(yán)格。擴(kuò)散工藝過程中，溫度和氣流是影響均勻性的兩個(gè)關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)表明，擴(kuò)散爐工藝均勻性較差的硅片主要出現(xiàn)在管口附近，原因主要有兩個(gè)方面：

1、擴(kuò)散爐爐門有密封結(jié)構(gòu)，為防止密封圈在高溫條件下?lián)p壞，需要對(duì)密封圈進(jìn)行冷卻，而對(duì)密封圈的冷卻很容易使得爐口的溫度梯度下降過大而使?fàn)t口硅片均勻性變差，爐口偏磷酸增多。

2、傳統(tǒng)擴(kuò)散爐反應(yīng)管采用尾部進(jìn)氣、管口排氣的方式，只有一路進(jìn)氣，容易形成反應(yīng)管口和管尾工藝氣體含量差異，即反應(yīng)管尾部擴(kuò)散工藝氣體充足，而管口部分工藝氣體相對(duì)較少，從而導(dǎo)致管口硅片方阻變差，進(jìn)而影響pn結(jié)制備的質(zhì)量，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種易實(shí)現(xiàn)、操作簡便、能夠高效提升擴(kuò)散爐爐口硅片方阻均勻性的擴(kuò)散爐。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種可提升爐口硅片方阻均勻性的擴(kuò)散爐，包括爐體和爐門，所述爐體內(nèi)設(shè)有石英反應(yīng)管，所述爐門包括外爐門和內(nèi)爐門，所述內(nèi)爐門處設(shè)置有加熱器。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述加熱器朝向爐體中的石英反應(yīng)管內(nèi)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述內(nèi)爐門上設(shè)置有隔熱部件，所述加熱器安裝于隔熱部件上。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述石英反應(yīng)管的管口處設(shè)置有一套管結(jié)構(gòu)，形成內(nèi)、外兩個(gè)密封端面；所述外爐門通過密封件與外密封端面配合，所述內(nèi)爐門與內(nèi)密封端面配合。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述外爐門和內(nèi)爐門采用通過彈性軟連接的方式相結(jié)合。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述外爐門和內(nèi)爐門之間設(shè)置有連接彈簧。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述加熱器由若干根加熱電阻絲構(gòu)成，所述加熱電阻絲置于石英套管中。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述石英套管為多圈螺旋管纏繞結(jié)構(gòu)，形成爐門加熱圓盤。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：還包括自反饋加熱系統(tǒng)，所述自反饋加熱系統(tǒng)包括熱電偶和溫度控制器，所述自反饋加熱系統(tǒng)用來根據(jù)爐口硅片方阻值進(jìn)行溫度調(diào)整。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述石英反應(yīng)管的管尾處設(shè)置主進(jìn)氣管，所述石英反應(yīng)管靠近爐口的位置處輔助進(jìn)氣口，所述排氣口設(shè)置于擴(kuò)散反應(yīng)管管口位置；所述主進(jìn)氣管與主進(jìn)氣管路連通，所述輔助進(jìn)氣口與輔助進(jìn)氣管路連通。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述主進(jìn)氣管路上設(shè)置有主進(jìn)氣質(zhì)量流量計(jì)，所述輔助進(jìn)氣管路上設(shè)置有輔進(jìn)氣質(zhì)量流量計(jì)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述石英反應(yīng)管的管尾設(shè)置一根進(jìn)氣管，用于主進(jìn)氣，擴(kuò)散過程中的擴(kuò)散工藝氣體的大部分從此輸入至石英反應(yīng)管中；一根輔助進(jìn)氣管位于所述石英反應(yīng)管的外部，置于石英反應(yīng)管靠近爐口附近，一小部分?jǐn)U散工藝氣體從此管路進(jìn)入至石英反應(yīng)管中。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述石英反應(yīng)管的管尾設(shè)置兩根進(jìn)氣管，一根位于石英反應(yīng)管的管尾中間，用于主進(jìn)氣，擴(kuò)散過程中的擴(kuò)散工藝氣體的大部分從該管路輸入至石英反應(yīng)管中；另一根進(jìn)氣管置于石英反應(yīng)管尾部上端，并在石英反應(yīng)管內(nèi)部延伸至石英反應(yīng)管的管口附近，用于另一小部分的擴(kuò)散工藝氣體輸入至管口附近，作為反應(yīng)管口擴(kuò)散工藝氣體的補(bǔ)充。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：包括三根進(jìn)氣管，一根位于石英反應(yīng)管的管尾中間，用于主進(jìn)氣，第二根進(jìn)氣管置于石英反應(yīng)管的尾部上端，并在石英反應(yīng)管內(nèi)部延伸至石英反應(yīng)管的管口附近，第三根進(jìn)氣管置于反石英反應(yīng)管靠近爐口附近，第二、三根進(jìn)氣管為輔助進(jìn)氣，作為反應(yīng)管口擴(kuò)散工藝氣體的補(bǔ)充。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明減少了反應(yīng)管口的溫度下降梯度，提升了反應(yīng)管口附件硅片的擴(kuò)散均勻性。本發(fā)明中帶有自加熱功能的雙層爐門，有效防止了反應(yīng)管中的熱量輻射至管口外，同時(shí)通過爐門中的加熱器提升爐口附近的溫度，減少爐口的溫度下降梯度，提升爐口方阻的均勻性，減少爐口偏磷酸的產(chǎn)生。

2、本發(fā)明減小了反應(yīng)管口和管尾工藝氣體含量差異，提升了管口和管尾硅片擴(kuò)散方阻的一致性。擴(kuò)散工藝氣體采用主進(jìn)氣+一路或多路輔助進(jìn)氣相結(jié)合的進(jìn)氣回路，主進(jìn)氣管路和輔助進(jìn)氣管路單獨(dú)設(shè)置質(zhì)量流量計(jì)，可以分別對(duì)主進(jìn)氣量和輔助進(jìn)氣量進(jìn)行精確控制，減小了反應(yīng)管口和管尾工藝氣體含量差異，提升了管口和管尾硅片擴(kuò)散方阻的一致性。

3、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、易實(shí)現(xiàn)，通過更換帶加熱功能的雙層爐門，并在反應(yīng)管管口附件增加一路工藝進(jìn)氣即可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散爐爐口附件硅片擴(kuò)散方阻均勻性的提升，結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)施簡便，方法高效、簡便，既可用于新擴(kuò)散爐設(shè)備，也可以原有擴(kuò)散爐設(shè)備上進(jìn)行改造，推廣容易。

附圖說明

圖1是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中采用的自加熱雙層爐門結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖3是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中爐門加熱反饋控制系統(tǒng)的原理示意圖。

圖4是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中爐門加熱器的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖5是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中石英套管和加熱電阻絲的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖6是本發(fā)明在具體實(shí)例1中所采用的“主進(jìn)氣+輔助進(jìn)氣”方式的原理示意圖。

圖7是本發(fā)明在具體實(shí)例2中所采用的“主進(jìn)氣+輔助進(jìn)氣”方式的原理示意圖。

圖8是本發(fā)明在具體實(shí)例3中所采用的“主進(jìn)氣+輔助進(jìn)氣”方式的原理示意圖。

圖例說明：

1、外爐門；2、內(nèi)爐門；3、輔助進(jìn)氣口；4、石英反應(yīng)管；5、主進(jìn)氣口；6、排氣口；7、石英舟；8、硅片；9、加熱器；10、連接彈簧；11、密封圈；12、加熱電極；13、溫度控制器；14、熱電偶；15、石英套管；16、加熱電阻絲；17、輔助進(jìn)氣質(zhì)量流量計(jì)；18、主進(jìn)氣質(zhì)量流量計(jì)；19、第一輔助進(jìn)氣口；20、第一輔助進(jìn)氣口質(zhì)量流量計(jì)；21、第二輔助進(jìn)氣口；22、爐體；23、第二輔助進(jìn)氣口質(zhì)量流量計(jì)。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1～圖5所示，本發(fā)明的一種可提升爐口硅片方阻均勻性的擴(kuò)散爐，包括爐體22和爐門，爐體22內(nèi)設(shè)有石英反應(yīng)管4，石英舟7和硅片8在工作時(shí)就放置于石英反應(yīng)管4內(nèi)。該爐門包括外爐門1和內(nèi)爐門2，外爐門1處設(shè)置有密封件（如密封圈11），內(nèi)爐門2處設(shè)置有加熱器9，爐門關(guān)閉時(shí)，加熱器9朝向爐體22中的石英反應(yīng)管4內(nèi)。在具體應(yīng)用實(shí)例中，內(nèi)爐門2上設(shè)置有隔熱部件（如石英隔熱包），加熱器9安裝于隔熱部件上。

在具體應(yīng)用實(shí)例中，石英反應(yīng)管4的管口處設(shè)置有一套管結(jié)構(gòu)，形成內(nèi)、外兩個(gè)密封端面。

通過采用上述技術(shù)方案，在爐門關(guān)閉后，帶有隔熱部件及加熱器9的內(nèi)爐門2與石英反應(yīng)管4的內(nèi)端面形成第一道密封，通過內(nèi)爐門2中的隔熱部件隔絕熱量，防止石英反應(yīng)管4中的熱量輻射至管口外；同時(shí)，通過內(nèi)爐門2中的加熱器9進(jìn)一步提升爐口附近的溫度，減少爐口的溫度下降梯度，大大提升了爐口方阻的均勻性，減少了爐口偏磷酸的產(chǎn)生。進(jìn)一步，外爐門1通過密封圈11與石英反應(yīng)管4的外端面形成第二道密封，外爐門1遠(yuǎn)離石英反應(yīng)管4，溫度低，避免了密封圈11在高溫條件下?lián)p壞。

在具體應(yīng)用實(shí)例中，外爐門1和內(nèi)爐門2可以根據(jù)實(shí)際需要，采用通過彈性軟連接相結(jié)合的方式。如，在外爐門1和內(nèi)爐門2之間設(shè)置有連接彈簧10。

參見圖4和圖5，在具體應(yīng)用實(shí)例中，加熱器9由若干根加熱電阻絲16構(gòu)成，由于加熱電阻絲16為金屬材料，為了避免擴(kuò)散過程中的金屬污染，優(yōu)選地將加熱電阻絲16置于石英套管15中；還可以進(jìn)一步將石英套管15加工成多圈螺旋管纏繞結(jié)構(gòu)，形成爐門加熱圓盤。

參見圖3，在較佳的實(shí)施例中，為了對(duì)爐門上加熱器9的溫度進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，進(jìn)一步設(shè)置自反饋加熱系統(tǒng)。該自反饋加熱系統(tǒng)包括熱電偶14和溫度控制器13，從而形成一套完整的自反饋加熱系統(tǒng)。在實(shí)際實(shí)施時(shí)，自反饋加熱系統(tǒng)會(huì)根據(jù)爐口硅片方阻值進(jìn)行溫度調(diào)整，如爐口硅片方阻值較高，說明擴(kuò)散結(jié)深較淺，適當(dāng)提升加熱器9的溫度，增加擴(kuò)散結(jié)深，反之則降低加熱器9的溫度，減小擴(kuò)散結(jié)深。加熱電阻絲16通過加熱電極12與溫度控制器13相連。

在具體應(yīng)用實(shí)例中，本發(fā)明在石英反應(yīng)管4的管尾處設(shè)置主進(jìn)氣口5，在石英反應(yīng)管4靠近爐口的位置處輔助進(jìn)氣口3，排氣口6設(shè)置于擴(kuò)散反應(yīng)管管口位置；其中，主進(jìn)氣口5與主進(jìn)氣管路連通，輔助進(jìn)氣口3與輔助進(jìn)氣管路連通；主進(jìn)氣管路上設(shè)置有主進(jìn)氣質(zhì)量流量計(jì)18，輔助進(jìn)氣管路上設(shè)置有輔助進(jìn)氣質(zhì)量流量計(jì)17，這樣就形成了主進(jìn)氣+一路或多路輔助進(jìn)氣相結(jié)合的進(jìn)氣回路形式。設(shè)置于主進(jìn)氣管路和輔助進(jìn)氣管路的質(zhì)量流量計(jì)，分別對(duì)主進(jìn)氣量和輔助進(jìn)氣量進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)了管口擴(kuò)散工藝氣體含量的精確調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)管口硅片擴(kuò)散方阻的精確調(diào)節(jié)。擴(kuò)散過程中的擴(kuò)散工藝氣體一大部分從石英反應(yīng)管4尾部輸入至石英反應(yīng)管4中，另一小部分從石英反應(yīng)管4管口附近的一路或多路輔助進(jìn)氣管路輸入至石英反應(yīng)管4中，作為石英反應(yīng)管4的管口擴(kuò)散工藝氣體的補(bǔ)充。輔助進(jìn)氣管路的設(shè)置，增加了石英反應(yīng)管4管口的工藝氣體供應(yīng)量，減小了石英反應(yīng)管4管口和管尾工藝氣體含量差異，提升了管口和管尾硅片擴(kuò)散方阻的一致性。

參見圖6和圖7，為采用“主進(jìn)氣+輔助進(jìn)氣”工藝進(jìn)氣回路實(shí)施的兩種實(shí)施案例。在圖6的實(shí)施例1中，石英反應(yīng)管4的管尾設(shè)置一根進(jìn)氣管，用于主進(jìn)氣，擴(kuò)散過程中的擴(kuò)散工藝氣體的大部分從該管路輸入至石英反應(yīng)管4中；一根輔助進(jìn)氣管位于石英反應(yīng)管4的外部，與輔助進(jìn)氣口3相連通，置于石英反應(yīng)管4的爐口附近，一小部分從該管路進(jìn)入至石英反應(yīng)管4中。在圖7的實(shí)施例2中，石英反應(yīng)管4的管尾設(shè)置兩根進(jìn)氣管，一根位于石英反應(yīng)管4的管尾中間，用于主進(jìn)氣，同樣，擴(kuò)散過程中的擴(kuò)散工藝氣體的大部分從該管路輸入至石英反應(yīng)管4中，另一根進(jìn)氣管置于石英反應(yīng)管4尾部上端，并在石英反應(yīng)管4內(nèi)部延伸至石英反應(yīng)管4的管口附近，用于另一小部分的擴(kuò)散工藝氣體輸入至管口附近，作為反應(yīng)管口擴(kuò)散工藝氣體的補(bǔ)充。參見圖8，在具體應(yīng)用實(shí)施例3中，結(jié)合了上述實(shí)施例1和實(shí)施例2的特點(diǎn)，進(jìn)氣管設(shè)置為三根，一根位于石英反應(yīng)管4的管尾中間，用于主進(jìn)氣，第二根進(jìn)氣管置于石英反應(yīng)管4的尾部上端，與第一輔助進(jìn)氣口19相連，并在石英反應(yīng)管4內(nèi)部延伸至石英反應(yīng)管4的管口附近，第三根進(jìn)氣管置于反石英反應(yīng)管4靠近爐口附近，與第二輔助進(jìn)氣口21相連，第二、三根進(jìn)氣管為輔助進(jìn)氣，作為反應(yīng)管口擴(kuò)散工藝氣體的補(bǔ)充。

本發(fā)明進(jìn)一步在主進(jìn)氣+輔助進(jìn)氣通道中安裝質(zhì)量流量計(jì)用于對(duì)流量的精確調(diào)節(jié)，如輔助進(jìn)氣質(zhì)量流量計(jì)17、主進(jìn)氣質(zhì)量流量計(jì)18、第一輔助進(jìn)氣口質(zhì)量流量計(jì)20、第二輔助進(jìn)氣口質(zhì)量流量計(jì)23，具體實(shí)施時(shí)，根據(jù)爐口硅片方阻值進(jìn)行輔助進(jìn)氣量的調(diào)節(jié)，如爐口硅片方阻值較高，說明擴(kuò)散結(jié)深較淺，適當(dāng)增加輔助進(jìn)氣量，增加擴(kuò)散結(jié)深，反之則降低輔助進(jìn)氣量，減小擴(kuò)散結(jié)深。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。