一种高方阻晶体硅电池低压扩散工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公布了一种高方阻晶体硅电池低压扩散工艺，为有效提高扩散管产能从而降低单片扩散成本，并且提高量产电池性能均匀性以提高量产电池整体性价比，本发明采用减压扩散工艺，对原有常压扩散工艺进行较大变革。和常压扩散工艺相比，本工艺可有效减小小氮总流量和总时间，能较好的控制扩散掺杂浓度纵向分布，并且可有效提高片内及片间扩散方阻均匀性。本发明的扩散工艺应用于减压扩散炉，该工艺与减压扩散炉匹配性强，适用于产业化生产，可大幅度提高产能，从而大规模应用于晶体硅电池生产线。
【专利说明】一种高方阻晶体硅电池低压扩散工艺
【技术领域】
[0001] 本发明属于晶体硅电池的制备工艺中的扩散加工领域，具体涉及一种能够提高扩 散炉产能，并能提高扩散方阻值大小及片内间均匀性的扩散工艺。
【背景技术】
[0002] PN结是晶体硅电池的核心，制备均匀性好的高方阻发射极是提高晶体硅电池转换 效率的重要途径，不仅可以降低前表面复合，以提高开路电压，而且可以较大程度的提高短 波的光谱响应，以提高短路电流。高方阻银浆开发不断取得突破，已解决因方阻值高产生的 串联电阻过大和发射极易烧穿问题，提高发射极的方块电阻及均匀性已成为提高电池效率 的重要手段。
[0003] 目前主要采用三氯氧磷（P0C13)为液态源以常压高温扩散方式制备，方阻值大小 和片内间均匀性是扩散炉扩散特性最主要表征手段。常压高温扩散管通常选在管口或管尾 进气，通过大氮气流带到另一端，易造成一端浓度高、另一端浓度低的现象，而且常压下气 体分子自由程较小，各区域硅片接触磷源几率差距较大，只能通过调节温度控制方块电阻 值，但仍旧无法保证片内及片间均匀性。常压扩散会降低扩散PN结纵向掺杂浓度的一致 性，从而影响PN结深度和电性能的一致性，在相同丝网印刷烧结条件下制备电极，会提高 因漏电流较大产生的不良片比例，同时降低电池性能的一致性，提高低级（B片）电池片比 例，极大影响电池制备成本的降低。
[0004] 考虑到常压扩散产生的以上缺陷，尝试采用低压扩散工艺技术解决扩散PN结纵 向掺杂浓度不一致问题。
[0005] 初期低压扩散技术主要用于半导体芯片产业，目前国际知名Centrotherm和 SEMCO等公司陆续推出针对晶体硅电池的低压扩散炉。根据流体力学理论分析，压强越小， 气体分子自由程越大，而且气流场稳定性越好，这样扩散管内各位置硅片及其各区域接触 气体分子几率一致性越好，即片内均匀性和片间均匀性越好。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种高方阻晶体硅电池减压扩散工艺。
[0007] 为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
[0008] 所述高方阻晶体硅电池低压扩散工艺，该工艺在扩散炉中实现，包括抽气降压和 升
[0009] 压过程，该低压扩散工艺分如下三步进行：
[0010] (1)关闭放有硅片的扩散炉炉门后，抽气使炉内压强至设定压强并用高温氧化硅 片，在娃片表面生成一薄层SiO 2 ;
[0011] (2)通入小氮和氧气，采用两步扩散法制备PN结：第一步低温预扩散，第二步高温 扩散；
[0012] (3)退火，改变扩散炉内部压强除去杂质；
[0013] 步骤（1)至⑶中设定的工艺参数如下：
[0014] 设定一个大气压强（常压）为IOOOmbar ;
[0015] 所述步骤（1)设定的工艺参数为：
[0016] 炉内压强为50?IOOmbar ;氧化温度为780?800°C;氧化时间为200?800sec ; 大氮流量为10000?30000ml/min ;氧气流量为500?2000ml/min ;
[0017] 所述步骤（2)设定的工艺参数为：
[0018] 第一步低温预扩散工艺参数为：炉内压强为50?IOOmbar ;炉内温度为780? 800°C ;扩散时间为250?800sec ;大氮流量为10000?30000ml/min ;小氮流量为600? 1000ml/min ;氧气流量为 500 ?2000ml/min ;
[0019] 第二步高温扩散工艺参数为：炉内压强为50?IOOmbar ;炉内温度为800? 830°C ;扩散时间为250?800sec ;大氮流量为10000?30000ml/min ;小氮流量为600? 1000ml/min ;氧气流量为 500 ?2000ml/min ;
[0020] 所述步骤（3)设定的工艺参数为：
[0021] 设定退火温度550?650°C、优选600°C、时间为1000?3000sec ;炉内压强从设定 的50?IOOmbar升至IOOOmbar，再从IOOOmbar降至设定的50?IOOmbar，反复改变2? 4次，每个压强改变周期在400sec以内。
[0022] 优选地，所述硅片间距为1. 5?5mm，高方阻值为90?130 Ω / □，硅片内方阻的不 均
[0023] 匀度为2%?5%。
[0024] 优选地，所述晶体硅电池的硅片是P型多晶硅片或P型单晶硅片，硅片电阻率在 1?3
[0025] Ω · cm，厚度在 180 ?200 μ m。
[0026] 上述小氮即为携源氮气，大氮即为氮气，干氧即为干燥的氧气
[0027] 下面结合原理及优点对本发明作进一步说明：
[0028] 抽成低压可提高氧气和各位置硅片接触几率，即降低氧气流量。扩散前在硅片表 面生长一薄层Si02,达到提高扩散方阻均匀性并阻止扩散磷源在表面形成死层目的。
[0029] 温度越高，扩散速率越大，高温扩散过程起到高温推结的作用，即增加p-n结的深 度，高温扩散同时起到优化发射极η++层深度和浓度的目的。因此，本发明工艺中的两步扩 散步骤分两步进行：第一步，低温预扩散，在硅片表面形成非活性磷源；第二步，升温扩散， 把第一步形成的磷源扩散进硅片，同时起到扩散形成磷源并实现掺杂作用；
[0030] 扩散后经低温退火实现推结和激活扩散磷元素作用，同时达到退火吸杂目的，从 而提高扩散掺杂形成PN结质量，通过多次改变管内压强，提高除杂效果。
[0031] 本发明通过实际扩散工艺直观性的演示出来，同时通过实验初步取得一定结果， 在硅片间距减小一半、小氮总流量减少30%、扩散工艺总时间减少15min以上（常规扩散时 间在IlOmin左右）的情况下，方块电阻值达到120 Ω / □以上，同时片内方阻不均匀度达到 4. 5%以内。和常压扩散炉扩散方阻不均匀度对比结果如表1和表2所示：
[0032] 表1 :常规扩散工艺特性表征
[0033]
【权利要求】
1. 一种高方阻晶体硅电池低压扩散工艺，所述工艺在扩散炉中实现，其特征在于，所述 低压扩散工艺分如下三步进行： (1) 关闭放有硅片的扩散炉炉门后，抽气使炉内压强至设定压强并用高温氧化硅片，在 娃片表面生成一薄层Si02 ; (2) 采用两步扩散法制备PN结：第一步低温预扩散，第二步高温扩散； (3) 退火，改变扩散炉内部压强除去杂质； 步骤（1)至（3)中设定的工艺参数如下： 所述步骤（1)设定的工艺参数为： 炉内压强为50?lOOmbar ;氧化温度为780?800°C;氧化时间为200?800sec ;大氮 流量为 10000 ?30000ml/min ;氧气流量为 500 ?2000ml/min ; 所述步骤（2)设定的工艺参数为： 第一步低温预扩散工艺参数为：炉内压强为50?lOOmbar ;炉内温度为780?800°C ; 扩散时间为250?800sec ;大氮流量为10000?30000ml/min ;小氮流量为600?1000ml/ min ;氧气流量为500?2000ml/min ; 第二步高温扩散工艺参数为：炉内压强为50?lOOmbar ;炉内温度为800?830°C ;扩 散时间为250?800sec ;大氮流量为10000?30000ml/min ;小氮流量为600?1000ml/ min ;氧气流量为500?2000ml/min ; 所述步骤（3)设定的工艺参数为： 设定退火温度550?650°C、时间为1000?3000sec ;炉内压强从设定的50?lOOmbar 升至lOOOmbar，再从lOOOmbar降至设定的50?lOOmbar，反复改变2?4次，每个压强改 变周期在400sec以内。
2. 如权利要求1所述的扩散工艺，其特征在于，所述硅片间距为1. 5?5mm，高方阻值 为90?130 Q/ □，硅片内方阻的不均匀度为2%?5%。
3. 如权利要求1所述的扩散工艺，其特征在于，所述晶体硅电池的硅片是P型多晶硅片 或P型单晶硅片，硅片电阻率在1?3Q ? cm，厚度在180?200iim。
【文档编号】H01L21/223GK104393107SQ201410582186
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】姬常晓, 刘文峰, 郭进, 成文 申请人:中国电子科技集团公司第四十八研究所