專利名稱：離子注入法制作大面積硅基太陽(yáng)能電池p-n結(jié)的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，更具體地說(shuō)涉及一種離子注入法制作大面積硅基太陽(yáng)能電池p-n結(jié)的工藝。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的突飛猛進(jìn)，能源需求日益攀升，由于石油、煤、燃?xì)獾茸匀毁Y源的過(guò)度開(kāi)發(fā)，能源供應(yīng)短缺的問(wèn)題日趨嚴(yán)重。為應(yīng)對(duì)能源的緊缺，開(kāi)發(fā)綠色新能源已成共識(shí)， 加大對(duì)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用就是其中之一。眾所周知，P-n結(jié)是硅太陽(yáng)能電池的核心，p-n 結(jié)的制作質(zhì)量將直接影響到太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)工藝是在硅片上直接進(jìn)行擴(kuò)散技術(shù)，即將摻雜源涂在襯底表面，經(jīng)過(guò)高溫?cái)U(kuò)散形成，或者通過(guò)攜帶有摻雜源的氣體經(jīng)過(guò)化學(xué)氣相沉積形成P-n結(jié)。此工藝設(shè)備要求復(fù)雜，工藝環(huán)節(jié)多，工藝耗時(shí)較長(zhǎng)，制作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境污染，使太陽(yáng)能電池工藝復(fù)雜化，制作的P-n結(jié)不易精確控制且其均勻性常不理想，擴(kuò)散結(jié)表面電阻不均勻等；擴(kuò)散工藝穩(wěn)定性和重復(fù)性不高，生產(chǎn)效率較低。這些不足導(dǎo)致硅基太陽(yáng)能電池制造成本高居不下，制約了硅基太陽(yáng)能電池的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足之處而提供一種工藝簡(jiǎn)單、高效率、生產(chǎn)成本低的離子注入法制作大面積硅基太陽(yáng)能電池P-n結(jié)的工藝。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)一種離子注入法制作大面積硅基太陽(yáng)能電池P-n結(jié)的工藝，其特征在于，步驟如下(1)襯底清潔取3-4N多晶硅為襯底，其3-4N多晶硅的P < 0. 2ppmWt、B < 0. 2ppmWt，原位高溫清潔，所述高溫為1350 1400°C ；(2)在氬氣保護(hù)的密閉環(huán)境中進(jìn)行蘸片蘸液為1420 1450°C熔融狀態(tài)的、 B < 0. 2ppmfft的6-7N多晶硅硅液，盛放于高純度石英坩堝內(nèi)，蘸片時(shí)蘸液溫度控制在 1420°C、時(shí)間為0. 2 0. 6秒，襯底表面形成ρ型第一半導(dǎo)體層；(3)蘸片取出后退火冷卻到室溫，再開(kāi)始注入磷離子形成η型半導(dǎo)體層的制結(jié)；(4)采用磷烷作離子源電離物質(zhì)，經(jīng)過(guò)磁分析器提純、加速掃描后將聚焦離子束偏離特征晶向5° 7°注入蘸片后的大面積ρ型層上，磷離子注入能量為80 IOOKeV,注入劑量為1 2 X 1014cm_2 ；(5)利用激光或紅外輻射，在10秒內(nèi)升溫到1000-1100°C進(jìn)行瞬間退火，激活摻雜離子，完成P-n結(jié)制作。所述步驟中磷離子注入能量最佳值為lOOKeV，注入劑量最佳值為1014cm2。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的離子注入法制作大面積硅基太陽(yáng)能電池p-n結(jié)的工藝，具有如下優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明在相對(duì)低純度多晶硅的襯底上通過(guò)蘸片蘸取高純度的液態(tài)硅，材料直接凝固在多晶硅上，杜絕了材料浪費(fèi)的現(xiàn)象，大幅度降低生產(chǎn)成本；幻利用注入磷離子進(jìn)行均勻的高濃度精確摻雜，可以解決大面積擴(kuò)散所帶來(lái)的摻雜不均勻，提高濃度的精確性，從而大大提高器件成品率，并且達(dá)到高純度摻雜的要求避免有害雜質(zhì)進(jìn)入半導(dǎo)體；3)工藝時(shí)間短，可以大幅度提高生產(chǎn)率，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)有重要意義。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明具體按下面步驟實(shí)施1.選用3-4N多晶硅為襯底，其3-4N多晶硅的P < 0. 2ppmWt、B < 0. 2ppmWt，原位高溫清潔，所述高溫為1350 140(TC，使其保持在該溫度。2.在氬氣保護(hù)的密閉環(huán)境中進(jìn)行蘸片蘸液為1420 1450°C熔融狀態(tài)的、 B < 0. 2ppmfft的6-7N多晶硅硅液，盛放于高純度石英坩堝內(nèi)，蘸片時(shí)蘸液溫度控制在 1420°C、時(shí)間為0. 2 0. 6秒，襯底表面形成輕摻雜大面積ρ型第一半導(dǎo)體層。3.蘸片取出后退火冷卻到室溫，退火可進(jìn)行一次至二次，再開(kāi)始注入磷離子進(jìn)行 η型半導(dǎo)體層的制結(jié)。4.采用磷烷作離子源電離物質(zhì)，經(jīng)過(guò)磁分析器提純將不需要的離子偏離掉而只讓需要的P+離子通過(guò)，經(jīng)加速掃描后將聚焦離子束偏離特征晶向5° 7°，以避免溝道效應(yīng)，讓?duì)?離子沿著隨機(jī)方向注入蘸片的大面積ρ型層上，磷離子注入能量為80 IOOKeV, 最佳值為IOOKeV,注入劑量為1 2X1014cm_2，最佳值為1014cm_2，通過(guò)四探針?lè)y(cè)量其電阻，檢測(cè)出其實(shí)際摻雜濃度和深度，磷離子注入后形成陡峭電勢(shì)η型摻雜層。5.利用激光或紅外輻射，在10秒內(nèi)升溫到1000-110(TC進(jìn)行瞬間退火，激活摻雜離子，在極短時(shí)間內(nèi)加熱晶體，既能使晶體恢復(fù)完整性，又可避免發(fā)生明顯的雜質(zhì)擴(kuò)散下形成p-n結(jié)，完成p-n結(jié)制作。實(shí)施例1將純度為3-4N多晶硅襯底原材料進(jìn)行高溫預(yù)熱處理，溫度保持在1360°C。硅液純度為99. 99997%, B為0. 19ppmWt，硅液溫度降為1420°C，蘸片時(shí)間為0. 3s，然后在1150°C 和800°C下進(jìn)行兩次退火，然后冷卻，經(jīng)檢測(cè)蘸片形成第一半導(dǎo)體層平均厚度為156μπι。用磷烷作離子源電離物質(zhì)，經(jīng)過(guò)磁分析器讓磷離子通過(guò)加速掃描后到達(dá)注入靶大面積P型層上，磷離子注入能量為80KeV，注入劑量為lOHcm-2，檢測(cè)其摻雜濃度和深度。激光在7秒內(nèi)升溫到1050°C進(jìn)行瞬間退火，從而完成p-n結(jié)制作。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，做成的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率為16. 32%。實(shí)施例2條件同實(shí)施例1，將多晶硅襯底溫度保持在1375°C。硅液純度為99. 99998%，B為 0. 16ppmWt，硅液溫度降為1420°C，蘸片時(shí)間為0. 4s，然后在1150°C和800°C下進(jìn)行兩次退火。用磷烷作離子源電離物質(zhì)，經(jīng)過(guò)磁分析器讓P+離子通過(guò)加速掃描后到達(dá)注入靶大面積 P型層上，磷離子注入能量為IOOKeV,注入劑量為2X1014cm_2，檢測(cè)其摻雜濃度和深度。激光在6秒內(nèi)升溫到1080°C進(jìn)行瞬間退火，從而完成p-n結(jié)制作。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，做成的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率為16. 50%。上述實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制，凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種離子注入法制作大面積硅基太陽(yáng)能電池p-n結(jié)的工藝，其特征在于，步驟如下(1)襯底清潔取3-4N多晶硅為襯底，其3-4N多晶硅的P< 0. 2ppmWt、B < 0. 2ppmfft 原位高溫清潔，所述高溫為1350 1400°C ；(2)在氬氣保護(hù)的密閉環(huán)境中進(jìn)行蘸片蘸液為1420 1450°C熔融狀態(tài)的、B < 0. 2ppmfft的6-7N多晶硅硅液，盛放于高純度石英坩堝內(nèi)，蘸片時(shí)蘸液溫度控制在 1420°C、時(shí)間為0. 2 0. 6秒，襯底表面形成ρ型第一半導(dǎo)體層；(3)蘸片取出后退火冷卻到室溫，再開(kāi)始注入磷離子形成η型半導(dǎo)體層的制結(jié)；(4)采用磷烷作離子源電離物質(zhì)，經(jīng)過(guò)磁分析器提純、加速掃描后將聚焦離子束偏離特征晶向5° 7°注入蘸片后的大面積ρ型層上，磷離子注入能量為80 IOOKeV,注入劑量為 1 2 X IO14CnT2 ；(5)利用激光或紅外輻射，在10秒內(nèi)升溫到1000-1100°C進(jìn)行瞬間退火，激活摻雜離子，完成P-n結(jié)制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入法制作大面積硅基太陽(yáng)能電池P-n結(jié)的工藝，其特征在于，所述步驟⑷中磷離子注入能量最佳值為lOOKeV，注入劑量最佳值為1014cm_2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種離子注入法制作大面積硅基太陽(yáng)能電池p-n結(jié)的工藝，步驟如下1)取3-4N多晶硅為襯底并清潔；2)在氬氣保護(hù)的密閉環(huán)境中進(jìn)行蘸片；3)蘸片取出后退火冷卻到室溫；4)采用磷烷作離子源電離物質(zhì)，將聚焦離子束注入蘸片后的大面積p型層上，形成n型半導(dǎo)體層的制結(jié)；5)利用激光或紅外輻射，激活摻雜離子，完成p-n結(jié)制作。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明在相對(duì)低純度多晶硅的襯底上通過(guò)蘸片蘸取高純度的液態(tài)硅，材料直接凝固在多晶硅上，杜絕了材料浪費(fèi)的現(xiàn)象，大幅度降低生產(chǎn)成本；利用注入磷離子進(jìn)行均勻的高濃度精確摻雜，可以解決大面積擴(kuò)散所帶來(lái)的摻雜不均勻，提高濃度的精確性及成品率；工藝時(shí)間短，對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)有重要意義。
文檔編號(hào)H01L21/265GK102339898SQ20101061911
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者高文秀 申請(qǐng)人:宜興市昱元能源裝備技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司