一種高方阻晶體硅電池低壓擴(kuò)散工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種高方阻晶體硅電池低壓擴(kuò)散工藝，為有效提高擴(kuò)散管產(chǎn)能從而降低單片擴(kuò)散成本，并且提高量產(chǎn)電池性能均勻性以提高量產(chǎn)電池整體性價比，本發(fā)明采用減壓擴(kuò)散工藝，對原有常壓擴(kuò)散工藝進(jìn)行較大變革。和常壓擴(kuò)散工藝相比，本工藝可有效減小小氮總流量和總時間，能較好的控制擴(kuò)散摻雜濃度縱向分布，并且可有效提高片內(nèi)及片間擴(kuò)散方阻均勻性。本發(fā)明的擴(kuò)散工藝應(yīng)用于減壓擴(kuò)散爐，該工藝與減壓擴(kuò)散爐匹配性強(qiáng)，適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，可大幅度提高產(chǎn)能，從而大規(guī)模應(yīng)用于晶體硅電池生產(chǎn)線。
【專利說明】一種高方阻晶體硅電池低壓擴(kuò)散工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于晶體硅電池的制備工藝中的擴(kuò)散加工領(lǐng)域，具體涉及一種能夠提高擴(kuò) 散爐產(chǎn)能，并能提高擴(kuò)散方阻值大小及片內(nèi)間均勻性的擴(kuò)散工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] PN結(jié)是晶體硅電池的核心，制備均勻性好的高方阻發(fā)射極是提高晶體硅電池轉(zhuǎn)換 效率的重要途徑，不僅可以降低前表面復(fù)合，以提高開路電壓，而且可以較大程度的提高短 波的光譜響應(yīng)，以提高短路電流。高方阻銀漿開發(fā)不斷取得突破，已解決因方阻值高產(chǎn)生的 串聯(lián)電阻過大和發(fā)射極易燒穿問題，提高發(fā)射極的方塊電阻及均勻性已成為提高電池效率 的重要手段。
[0003] 目前主要采用三氯氧磷（P0C13)為液態(tài)源以常壓高溫擴(kuò)散方式制備，方阻值大小 和片內(nèi)間均勻性是擴(kuò)散爐擴(kuò)散特性最主要表征手段。常壓高溫擴(kuò)散管通常選在管口或管尾 進(jìn)氣，通過大氮氣流帶到另一端，易造成一端濃度高、另一端濃度低的現(xiàn)象，而且常壓下氣 體分子自由程較小，各區(qū)域硅片接觸磷源幾率差距較大，只能通過調(diào)節(jié)溫度控制方塊電阻 值，但仍舊無法保證片內(nèi)及片間均勻性。常壓擴(kuò)散會降低擴(kuò)散PN結(jié)縱向摻雜濃度的一致 性，從而影響PN結(jié)深度和電性能的一致性，在相同絲網(wǎng)印刷燒結(jié)條件下制備電極，會提高 因漏電流較大產(chǎn)生的不良片比例，同時降低電池性能的一致性，提高低級（B片）電池片比 例，極大影響電池制備成本的降低。
[0004] 考慮到常壓擴(kuò)散產(chǎn)生的以上缺陷，嘗試采用低壓擴(kuò)散工藝技術(shù)解決擴(kuò)散PN結(jié)縱 向摻雜濃度不一致問題。
[0005] 初期低壓擴(kuò)散技術(shù)主要用于半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)，目前國際知名Centrotherm和 SEMCO等公司陸續(xù)推出針對晶體硅電池的低壓擴(kuò)散爐。根據(jù)流體力學(xué)理論分析，壓強(qiáng)越小， 氣體分子自由程越大，而且氣流場穩(wěn)定性越好，這樣擴(kuò)散管內(nèi)各位置硅片及其各區(qū)域接觸 氣體分子幾率一致性越好，即片內(nèi)均勻性和片間均勻性越好。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高方阻晶體硅電池減壓擴(kuò)散工藝。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0008] 所述高方阻晶體硅電池低壓擴(kuò)散工藝，該工藝在擴(kuò)散爐中實現(xiàn)，包括抽氣降壓和 升
[0009] 壓過程，該低壓擴(kuò)散工藝分如下三步進(jìn)行：
[0010] (1)關(guān)閉放有硅片的擴(kuò)散爐爐門后，抽氣使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)至設(shè)定壓強(qiáng)并用高溫氧化硅 片，在娃片表面生成一薄層SiO 2 ;
[0011] (2)通入小氮和氧氣，采用兩步擴(kuò)散法制備PN結(jié)：第一步低溫預(yù)擴(kuò)散，第二步高溫 擴(kuò)散；
[0012] (3)退火，改變擴(kuò)散爐內(nèi)部壓強(qiáng)除去雜質(zhì)；
[0013] 步驟（1)至⑶中設(shè)定的工藝參數(shù)如下：
[0014] 設(shè)定一個大氣壓強(qiáng)（常壓）為IOOOmbar ;
[0015] 所述步驟（1)設(shè)定的工藝參數(shù)為：
[0016] 爐內(nèi)壓強(qiáng)為50?IOOmbar ;氧化溫度為780?800°C;氧化時間為200?800sec ; 大氮流量為10000?30000ml/min ;氧氣流量為500?2000ml/min ;
[0017] 所述步驟（2)設(shè)定的工藝參數(shù)為：
[0018] 第一步低溫預(yù)擴(kuò)散工藝參數(shù)為：爐內(nèi)壓強(qiáng)為50?IOOmbar ;爐內(nèi)溫度為780? 800°C ;擴(kuò)散時間為250?800sec ;大氮流量為10000?30000ml/min ;小氮流量為600? 1000ml/min ;氧氣流量為 500 ?2000ml/min ;
[0019] 第二步高溫擴(kuò)散工藝參數(shù)為：爐內(nèi)壓強(qiáng)為50?IOOmbar ;爐內(nèi)溫度為800? 830°C ;擴(kuò)散時間為250?800sec ;大氮流量為10000?30000ml/min ;小氮流量為600? 1000ml/min ;氧氣流量為 500 ?2000ml/min ;
[0020] 所述步驟（3)設(shè)定的工藝參數(shù)為：
[0021] 設(shè)定退火溫度550?650°C、優(yōu)選600°C、時間為1000?3000sec ;爐內(nèi)壓強(qiáng)從設(shè)定 的50?IOOmbar升至IOOOmbar，再從IOOOmbar降至設(shè)定的50?IOOmbar，反復(fù)改變2? 4次，每個壓強(qiáng)改變周期在400sec以內(nèi)。
[0022] 優(yōu)選地，所述硅片間距為1. 5?5mm，高方阻值為90?130 Ω / □，硅片內(nèi)方阻的不 均
[0023] 勻度為2%?5%。
[0024] 優(yōu)選地，所述晶體硅電池的硅片是P型多晶硅片或P型單晶硅片，硅片電阻率在 1?3
[0025] Ω · cm，厚度在 180 ?200 μ m。
[0026] 上述小氮即為攜源氮氣，大氮即為氮氣，干氧即為干燥的氧氣
[0027] 下面結(jié)合原理及優(yōu)點對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0028] 抽成低壓可提高氧氣和各位置硅片接觸幾率，即降低氧氣流量。擴(kuò)散前在硅片表 面生長一薄層Si02,達(dá)到提高擴(kuò)散方阻均勻性并阻止擴(kuò)散磷源在表面形成死層目的。
[0029] 溫度越高，擴(kuò)散速率越大，高溫擴(kuò)散過程起到高溫推結(jié)的作用，即增加p-n結(jié)的深 度，高溫擴(kuò)散同時起到優(yōu)化發(fā)射極η++層深度和濃度的目的。因此，本發(fā)明工藝中的兩步擴(kuò) 散步驟分兩步進(jìn)行：第一步，低溫預(yù)擴(kuò)散，在硅片表面形成非活性磷源；第二步，升溫擴(kuò)散， 把第一步形成的磷源擴(kuò)散進(jìn)硅片，同時起到擴(kuò)散形成磷源并實現(xiàn)摻雜作用；
[0030] 擴(kuò)散后經(jīng)低溫退火實現(xiàn)推結(jié)和激活擴(kuò)散磷元素作用，同時達(dá)到退火吸雜目的，從 而提高擴(kuò)散摻雜形成PN結(jié)質(zhì)量，通過多次改變管內(nèi)壓強(qiáng)，提高除雜效果。
[0031] 本發(fā)明通過實際擴(kuò)散工藝直觀性的演示出來，同時通過實驗初步取得一定結(jié)果， 在硅片間距減小一半、小氮總流量減少30%、擴(kuò)散工藝總時間減少15min以上（常規(guī)擴(kuò)散時 間在IlOmin左右）的情況下，方塊電阻值達(dá)到120 Ω / □以上，同時片內(nèi)方阻不均勻度達(dá)到 4. 5%以內(nèi)。和常壓擴(kuò)散爐擴(kuò)散方阻不均勻度對比結(jié)果如表1和表2所示：
[0032] 表1 :常規(guī)擴(kuò)散工藝特性表征
[0033]

【權(quán)利要求】
1. 一種高方阻晶體硅電池低壓擴(kuò)散工藝，所述工藝在擴(kuò)散爐中實現(xiàn)，其特征在于，所述 低壓擴(kuò)散工藝分如下三步進(jìn)行： (1) 關(guān)閉放有硅片的擴(kuò)散爐爐門后，抽氣使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)至設(shè)定壓強(qiáng)并用高溫氧化硅片，在 娃片表面生成一薄層Si02 ; (2) 采用兩步擴(kuò)散法制備PN結(jié)：第一步低溫預(yù)擴(kuò)散，第二步高溫擴(kuò)散； (3) 退火，改變擴(kuò)散爐內(nèi)部壓強(qiáng)除去雜質(zhì)； 步驟（1)至（3)中設(shè)定的工藝參數(shù)如下： 所述步驟（1)設(shè)定的工藝參數(shù)為： 爐內(nèi)壓強(qiáng)為50?lOOmbar ;氧化溫度為780?800°C;氧化時間為200?800sec ;大氮 流量為 10000 ?30000ml/min ;氧氣流量為 500 ?2000ml/min ; 所述步驟（2)設(shè)定的工藝參數(shù)為： 第一步低溫預(yù)擴(kuò)散工藝參數(shù)為：爐內(nèi)壓強(qiáng)為50?lOOmbar ;爐內(nèi)溫度為780?800°C ; 擴(kuò)散時間為250?800sec ;大氮流量為10000?30000ml/min ;小氮流量為600?1000ml/ min ;氧氣流量為500?2000ml/min ; 第二步高溫擴(kuò)散工藝參數(shù)為：爐內(nèi)壓強(qiáng)為50?lOOmbar ;爐內(nèi)溫度為800?830°C ;擴(kuò) 散時間為250?800sec ;大氮流量為10000?30000ml/min ;小氮流量為600?1000ml/ min ;氧氣流量為500?2000ml/min ; 所述步驟（3)設(shè)定的工藝參數(shù)為： 設(shè)定退火溫度550?650°C、時間為1000?3000sec ;爐內(nèi)壓強(qiáng)從設(shè)定的50?lOOmbar 升至lOOOmbar，再從lOOOmbar降至設(shè)定的50?lOOmbar，反復(fù)改變2?4次，每個壓強(qiáng)改 變周期在400sec以內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散工藝，其特征在于，所述硅片間距為1. 5?5mm，高方阻值 為90?130 Q/ □，硅片內(nèi)方阻的不均勻度為2%?5%。
3. 如權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散工藝，其特征在于，所述晶體硅電池的硅片是P型多晶硅片 或P型單晶硅片，硅片電阻率在1?3Q ? cm，厚度在180?200iim。
【文檔編號】H01L21/223GK104393107SQ201410582186
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】姬常曉, 劉文峰, 郭進(jìn), 成文 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所