一种n型硅片热处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体材料中的硅材料领域，特别是涉及一种η型硅片热处理方法。
【背景技术】
[0002] 硅材料是半导体技术的基础，晶体硅片的制作是所有硅基半导体器件的基本材 料，其质量直接影响半导体器件的性能。晶体硅片的主要技术指标除电阻率外，还包括缺陷 和位错密度，杂质浓度等，其电学性质受制作过程中的热应力和杂质元素所引起的载流子 复合中心的影响。随着硅片尺寸不断扩大，硅片制作过程中的热场分布以及由此产生的热 应力越来越难以控制，由此可能产生各种晶体缺陷和位错，形成载流子复合中心，最终影响 半导体器件的性能。
[0003] 单晶硅一般由直拉法(CZ法)和区熔法(FZ法)两种方法制备。在CZ法中使用高纯度 石英坩埚作为容器，硅原材料在高温下溶解后会与石英反应产生氧原子融于硅中，氧原子 通常结合在两个硅原子之间的晶格位置，也就是通常所说的间隙氧，其浓度大约为 lxl018cm-3,相当于在1250度硅中的氧原子的固溶度。因此，在低于这个温度的条件下，硅 片中的间隙氧原子总是处在过饱和状态，只要硅片处在氧原子能够移动的温度，氧原子就 会产生析出，或者形成团簇沉淀(Cluster segregation)，团簇的形态和性质受温度的影响 而异，甚至形成各种形态的热施主(Thermal Donor)，这些热施主在娃片使用过程中受工艺 温度的影响发生改变，对半导体器件的工艺控制和器件性能产生影响。尤其在η型硅片，由 于η型掺杂元素的偏析系数(segregation coefficient)很小，在同一个娃锭中掺杂元素的 浓度分布差异大，导致硅片之间的电阻率差异大，从而影响硅片的电学性质的均匀性。
[0004] 太阳能光伏是一种新能源技术，太阳能光伏电池是直接把太阳光能转化成电能的 能量转化器件，也是一种泛半导体技术。在不同场合，不同教科书中，对其称呼也稍有差异， 例如，英文中一般称为"Solar cel 1"，也有称之为"Photovoltaic cel 1"，或者 "Photovoltaic solar cell"，中文中对应的名词为"太阳电池"，"光伏电池"，"光伏太阳能 电池"等，这些名词只是说法不一，内容和本质完全相同。本发明中，选择"太阳电池"作为专 业名词，对应英文中的"Solar cell"。
[0005] 太阳电池因材料和结构而异具有多种类型，例如，晶体硅太阳电池，薄膜硅太阳电 池，铜铟镓硒太阳电池等。晶体硅太阳电池中由于硅片结构的差异又分为单晶硅太阳电池 和多晶硅太阳电池。为了提高晶体硅太阳电池的转换效率，又出现了晶体硅与非晶硅薄膜 结合的异质结太阳电池，也就是通常所说的晶体硅异质结太阳电池，对应英语中的 Hetero junction with intrinsic thin layer，简称为SHJ太阳电池，取自 Si 1 icon heterojunction solar cell。
[0006] 在太阳电池中，由于硅材料的纯度比半导体用的硅材料低，通常为7-9N，也就是杂 质浓度相对较高，杂质主要为以铁为代表的过渡金属(Transition metals)，这些金属在娃 中形成深能级，捕捉载流子，降低硅片的载流子寿命以及太阳电池的转换效率。同时，由于 直拉单晶中设备及工艺的限制，硅片中的氧含量也相对较高，氧含量的分布更容易受工艺 和热场的影响形成不均匀分布，影响太阳电池的性能以及各个电池片之间的均匀性，具有 代表性的现象是"同心环"，"黑心硅片"等，同样降低硅片的载流子寿命以及太阳电池的转 换效率。
[0007] 到目前为止，以上问题大多通过改进硅片制作中的工艺技术进行控制和改进，例 如，通过采用高纯度的硅材料降低硅片中的杂质含量，或者通过控制硅片制作工艺，包括晶 体生长炉的温度分布，硅锭的生长速度和生长方向等，使杂质析出到硅锭的表面，降低内部 的杂质浓度，从而得到杂质含量低的硅片。同时通过控制炉内的温度分布降低由于热应力 产生的晶体缺陷，但这些方法都比较复杂，也难以控制。
【发明内容】
[0008] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种η型硅片热处理方法， 用于解决现有技术中η型硅片内杂质含量过高，影响太阳能电池转换效率的问题。
[0009] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种η型硅片热处理方法，所述热处 理方法至少包括：
[0010] 提供待处理的η型硅片，将所述η型硅片置于具有一定温度的热处理炉中，升温至 一定值，往所述热处理炉中通入氧气，并且向所述η型硅片表面提供含有η型掺杂元素的扩 散剂，以在所述η型硅片表面形成氧化硅层和η型掺杂层，热处理完成后去除所述氧化硅层 和η型掺杂层。
[0011]作为本发明η型硅片热处理方法的一种优选的方案，所述热处理炉中通入载气，使 所述热处理炉内维持恒定的气压，所述气压为常压或者在常压附近正负0.5个大气压以内， 所述载气为氮气、氩气或者氦气中的一种或多种的混合气体。
[0012] 作为本发明η型硅片热处理方法的一种优选的方案，所述含有η型掺杂元素的扩散 剂为气体或者固体，当所述含有η型掺杂元素的扩散剂为气体时，所述含有η型掺杂元素的 扩散剂在所述氧气通入之前、或者之后、或者同时通入所述热处理炉中；当所述含有η型掺 杂元素的扩散剂为固体时，在所述η型硅片置于热处理炉之前，将所述含有η型掺杂元素的 扩散剂以涂覆、印刷或者喷墨打印的方式形成在所述η型硅片的表面。
[0013] 作为本发明η型硅片热处理方法的一种优选的方案，将所述η型硅片置于热处理炉 进行热处理之前，所述热处理炉的温度为600~800°C。
[0014] 作为本发明η型硅片热处理方法的一种优选的方案，在所述热处理炉内进行热处 理的温度范围为800~1050°C。
[0015]作为本发明η型硅片热处理方法的一种优选的方案，在所述热处理炉内进行热处 理的温度分两个阶段，先在800~1050°C的高温下进行热处理，再在600~800°C的低温下进 行热处理。
[0016]作为本发明η型硅片热处理方法的一种优选的方案，形成的所述η型掺杂层的厚度 在10纳米至1微米之间，所述η型掺杂层的浓度在1 X 1018cnf3至8 X 1021cnf3之间。
[0017]作为本发明η型硅片热处理方法的一种优选的方案，形成的所述氧化硅层的厚度 在10纳米至5微米之间。
[0018]作为本发明η型硅片热处理方法的一种优选的方案，热处理完成后，采用化学刻蚀 或者物理剥离的方法去除形成在所述η型硅片表面的氧化硅层和η型掺杂层。
[0019] 如上所述，本发明的η型硅片热处理方法，包括:提供待处理的η型硅片，将所述η型 硅片置于具有一定温度的热处理炉中，升温至一定值，往所述热处理炉中通入氧气，并且向 所述η型硅片表面提供含有η型掺杂元素的扩散剂，以在所述η型硅片表面形成氧化硅层和η 型掺杂层，热处理完成后去除所述氧化硅层和η型掺杂层。本发明的η型硅片通过热处理之 后，可以降低η型硅片中由杂质元素的浓度和热应力产生的复合中心，提高η型硅片中载流 子的寿命，从而提高太阳电池的转换效率。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的热处理技术的温度和气体导入工艺曲线示意图。
[0021] 图2为本发明热处理炉的基本结构以及η型硅片设置方法的示意图。
[0022]图3a为采用旋涂法涂覆含有η型掺杂元素的扩散剂的示意图。
[0023]图3b为采用喷涂的方法涂覆含有η型掺杂元素的扩散剂的示意图。
[0024] 图4为本发明制作η型太阳电池的工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0025] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0026] 请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明 的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形 状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布 局型态也可能更为复杂。
[0027]本发明提供一种η型硅片热处理方法，所述方法至少包括:提供待处理的η型硅片， 将所述η型硅片置于具有一定温度的热处理炉中，升温至一