低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法
【专利摘要】一种低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法，步骤如下：（1）腐蚀、清洗待制备的衬底表面，清洗完成后将衬底表面充分干燥；（2）将步骤(1)制备的清洁衬底浸泡在具有强氧化性的溶液中对硅片表面进行湿法化学氧化，然后将衬底表面充分干燥；（3）采用旋涂、喷涂的方式将0.5～20%wt.的磷盐水溶液沉积在衬底表面，然后烘干；（4）采用丝网印刷方式将磷墨或者硅墨沉积在所述步骤（3）中旋涂有磷源的衬底表面上的电极区域，然后烘干；（5）扩散炉升温，向扩散石英管内导入大氮；当温度达到780-890℃后，将步骤（4）制备的清洁衬底放入扩散石英管恒温区，密封扩散炉炉口。待扩散炉温度稳定后，向扩散石英管内通入氧气；（6）扩散过程结束后将衬底取出冷却。
【专利说明】低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种晶体硅太阳能电池的低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法。
【背景技术】
[0002]晶体硅太阳电池在光伏市场中仍独占鳌头，低成本、高转换效率仍然是晶体硅太阳电池技术突破及生产革新的两大目标。在太阳电池研制、生产技术的不断进步中，选择性发射极结构太阳电池由于同时具备低串联电阻和优异的蓝光响应而备受青睐，激起了诸多研究人及生产的研究兴趣。这种选择性发射极结构太阳电池的特点在于发射极由重掺杂发射极区和轻掺杂发射极区共同构成，故而称之为选择性发射极结构。其中重掺杂发射极又称为重掺杂区、或重扩散区，具有高的表面浓度和结深，与太阳电池的电极区域相重合(一致)；其主要作用在于为太阳电池电极的欧姆接触形成提供了必要条件，从而降低太阳电池的串联电阻，提高填充因子；轻掺杂发射极又称为轻掺杂区、或轻扩散区，具有低的表面浓度和结深，为太阳电池的非电极接触区域，实现轻掺杂不仅能够改善太阳电池的蓝光响应，从而提高太阳电池的短路电流，而且降低了太阳电池的复合，从而提高太阳电池的开路电压。
[0003]为了能够制备形成这种高效的选择性发射极结构太阳电池，至今已经形成了多种制备方式。从衬底所经历的高温次数来看，目前选择性发射极结构的制备方式可以分为两类，两步高温扩散法和一步高温扩散法。两步高温扩散法中，为了实现选择性发射极结构的制备，硅片需要进行两次高温扩散，刻槽埋栅太阳电池的制备就是采用这种方式来实现的(T.Bruton, S.Roberts, N.Mason 等人，2003.Proceedings of3rd WorldConference, 2003:899-902 ;Τ.Bruton, S.Roberts, N.Mason 等人，Conference Rcord ofthe31st IEEE, 2005:647-650),即以三氯氧磷(P0C12)液态源作为扩散源，将衬底分别进行高温重扩散和高温轻扩散(2009，晶澳(扬州)太阳能科技有限公司，200910037425.9)，其中高温重扩散的实现就是在865?920°C高温条件下扩散至少81min，高温轻扩散工艺与重扩散工艺过程相近，温度比高温重扩散低25°C。通过两步高温扩散方式完成选择性发射极结构制备所需要的时间至少为160min，具有很长的制备周期，不利于产量的提高和成本的降低。且两次高温扩散过程容易造成衬底硅片热损伤的增多，降低衬底硅片质量，从而降低所制备太阳电池的转换效率。一步高温实现选择性发射极结构的方式具体来说就是只进行一次高温扩散的过程实现选择性发射极结构的制备，具体有多种实现方式:(I)etching back方式，即以三氯氧磷作为扩散源，在高温过程中实现硅片表面的整体重扩散，对电极区域进行掩膜保护后采用etching back方式对轻掺杂区域进行刻蚀(D.S.Ruby, P.Yang, M.Roy 等，Photovoltaic Specialists Conference, 1997.Conference Record ofthe26th IEEE, 1997:39-42.)，刻蚀液一般采用I?10%的氢氧化钾溶液或者氢氧化钠进行腐蚀，将太阳电池表面非电极区的区域进行刻蚀去除，从而形成选择性发射极结构(江阴浚鑫科技有限公司，2010，201010510257.3 ;浙江晶科能源有限公司，2013，201310097455.5)。这种方法的不足在于所用高浓度碱溶液的腐蚀速率较快，不易控制，容易造成过刻；此外碱溶液的后期处理不方便，提高了硅片清洗的难度和周期，容易造成交叉污染，同时他会造成电池性能的衰减。(2)掺杂银浆料方式，首先按照常规结构太阳电池进行三氯氧磷液态源扩散制备均匀发射极，丝网印刷正面电极的银浆料具有一定量的掺杂杂质，即在太阳电池生产使用的正面银浆料中掺入掺杂元素或者该元素的氧化物(2008，湖南大学，200810143090.4 ；M.Hilali, J.ff.Jeong, A.Rohatgi 等，Conference record of the29thIEEE, 2002:356-359.)，在电极共烧过程中实现选择性发射极结构的制备。由于高温条件下金属桨料中Ag的扩散速率远大于掺杂杂质(磷、锑等元素)，这种方法容易造成太阳电池金属污染或者发射极受损而降低转换效率，因此这种方法不利于实际使用。(3)丝网印刷硅纳米球，由于纳米硅的熔点随尺寸的变化能够在一定温度下与硅很好地键合，能够促使一次扩散过程中在微纳米硅结构的表面形成重掺，因此有研究者提出了首先在硅片表面的电极区域通过印刷沉积硅纳米球浆料或者化学腐蚀的方式形成纳米结构，再进行三氯氧磷高温扩散从而实现选择性发射极结构的方法(北京师范大学，2011，201110249977.3)。这种实现方式中，硅纳米球浆料中含有苯、氯仿等伤害人体的剧毒物品；而腐蚀法使电极区形成纳米结构的方式是不易实现的。(4)激光掺杂技术，即硅片表面经过正常的三氯氧磷液态源扩散后，再采用激光的方式在电极区域进行重掺杂(中国科学院电工研究所，2012，201210009252.1 ；Yehua Tang, Chunlan Zhou, Wenjing Wang 等，Solar Energy, Vol.95,2013 =265-270)从而实现选择性发射极结构的制备。
[0004]还有很多实现方式，如先采用丝网印刷方式在电极接触区域沉积重掺杂源，然后进行三氯氧磷液态源高温扩散(苏州阿特斯阳光电力科技有限公司，2013，201310061898.9 ；J.Horzel, J.Szlufcik, J.Nijs 等，Conference Record of the26thIEEE, 1997:139-142.)。其共同的特点在于均是采用三氯氧磷进行高温扩散，各种实现方式除上述不足外，其主要问题还在于:(l)etching back过程需要进行掩膜保护，流程复杂不易控制，不仅制备周期长，而且提高了制备成本；(2)在目前实现选择性发射极结构制备的方式中，均是采用三氯氧磷液态源实现高温扩散掺杂，这是一种昂贵、非环境友好型的剧毒试剂；(3)三氯氧磷液态源扩散所实现的掺杂，其表面浓度在一般扩散温度下能够达到的表面浓度较高，在102°cm_3以上(厦门大学物理系半导体物理教育室编，半导体器件工艺原理，人民教育出版社出版)，容易形成硅片表面扩散死层，抑制了选择性发射极结构太阳电池轻掺杂区的蓝光响应，不利于进一步改善入射光利用，也不利于进一步提高选择性发射极结构太阳电池的转换效率。简言之，目前在实现选择性发射极结构太阳电池制备的各种方式中，都没有避开三氯氧磷液态源高温扩散的参与，所实现的轻掺杂区域表面浓度在IO20Cm-3以上，形成了轻掺杂区域表面的死层，抑制了太阳电池的蓝光响应，降低了选择性发射极结构太阳电池转换效率的进一步提闻。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服上述选择性发射极制备方式的缺点，避免使用三氯氧磷液态，提出一种新的低表面浓度轻掺杂区域的选择性发射极结构制备方法。本发明能够通过一步高温扩散制备选择性发射极结构，所用试剂既便宜又环保、安全，不仅提高太阳电池的转换效率，并且操作简便、工艺简单、容易控制。[0006]本发明低表面浓度轻掺杂区选择性发射极制备方法的步骤如下:
[0007]( I)腐蚀衬底表面
[0008]选择硅片作为衬底。腐蚀清洗所述的衬底表面，以去除表面损伤层，同时使衬底表面形成具有低表面反射率的表面，从而提高入射光的利用率。清洗完成后将衬底表面充分干，可采用烘干、或者甩干、或者用氮气吹干等方法干燥衬底表面，备用；
[0009](2)对衬底表面进行亲水性处理
[0010]即将步骤(I)制备好的清洁衬底浸泡在具有氧化性的溶液中对衬底表面进行湿法化学氧化，使其表面具有良好的亲水性能，然后采将衬底表面充分干燥，可烘干、或者甩干、或者用氮气吹干；
[0011](3)轻掺区沉积磷源
[0012]采用旋涂或喷涂的方式，将磷源溶液均匀沉积在衬底表面，然后烘干；所述磷源溶液是采用不含金属元素且可溶于水的磷酸铵盐配制而成的水溶液；
[0013](4)重掺区沉积磷源
[0014]采用丝网印刷方式将磷墨或者硅墨沉积在步骤(3)得到旋涂磷源的衬底表面，然后烘干；
[0015](5) 一步高温扩散形成选择性发射极结构
[0016]扩散炉升温，同时向扩散炉的扩散石英管内导入大氮；当扩散炉温度达到780-890°C后，将经步骤(4)沉积了磷源的衬底放入扩散石英管的恒温区，密封扩散炉炉口，以保证扩散石英管内温度场及气场的稳定和均匀性。待扩散炉温度稳定后，向扩散石英管内通入氧气；所述大氮流量为6-30slm ;所述氧气流量为0-3000SCCm ;整个扩散过程中均无需向扩散石英管中导入三氯氧磷液态源，节约成本的同时避免了剧毒物质的使用。
[0017]总扩散时间约为45min ;
[0018](6)待扩散过程结束后将衬底取出、冷却。至此，选择性发射极制备完成，耗时约60mino
[0019]所述衬底硅片经过表面腐蚀清洗后，硅片表面呈疏水性。为了在旋涂或者喷涂过程中实现轻掺杂磷源在硅片表面的均匀沉积，需要在沉积前对硅片表面进行亲水性处理。所述硅片表面亲水性处理，其特征在于将硅片浸泡在具有一定强氧化性的硝酸、或RCA三号液，RCA三号液为美国无线电公司“Radio Corporation of American”发明的标准清洗三号液、或RCA二号液,RCA二号液为美国美国无线电公司“Radio Corporation of American”发明的标准清洗二号液，或者双氧水中进行湿法化学氧化，也可以采用阳极氧化等其他具有氧化效果的湿法化学氧化方式实现硅片表面的亲水性处理。
[0020]所述轻掺区沉积磷源，其特征在于选用了操作简便、容易控制的旋涂或者喷涂方式，便于实现产业的转型和链式生产。所述轻掺磷源，其特征在于它是采用不含金属元素的可溶性磷盐配制而成的水溶液，所述磷源在高温条件下发生分解反应，在硅片表面附着形成氧化磷，在界面处与硅发生置换反应析出磷，由于浓度梯度的存在而实现磷向硅中的扩散。所述轻掺磷源的磷盐水溶液，其特征在于均匀沉积后需要将硅片在一定温度下(约100°C )烘干，避免潮湿表面对后续工艺造成影响而形成花片。所述轻掺区的表面浓度，其特征在于能够通过轻掺磷源中磷盐的浓度及扩散温度进行调节，从而控制扩散层表面浓度，实现选择性发射极结构轻掺区杂质具有低的表面浓度。[0021 ] 所述重掺区沉积磷源，其特征在于选用了目前太阳电池生产中广泛使用的丝网印刷技术实现磷源在电极区域的沉积、分布。所述重掺磷源可为磷墨或硅墨，其重掺区域与电池电极图案区一致，保证电极制备过程中欧姆接触的形成。所述重掺磷源，其特征还在于源内含有机溶剂，在进行高温扩散之前需充分烘干，避免高温条件下有机溶剂污染扩散炉和衬底。
[0022]本发明的制备方法，其特征在于仅需进行一次高温过程即可实现选择性发射极结构的制备，整个高温过程中扩散石英管中仅导入做保护用的惰性气体(氮气)及适量氧气，无需导入昂贵而剧毒的三氯氧磷液态源，不仅能够降低成本、而且所形成的轻掺区具有低的表面浓度，能够改善蓝光响应，提高太阳电池转换效率。
[0023]本发明具有以下优点:(1)选择性发射极结构的轻掺杂区域扩散源为环境友好型磷盐水溶液，通过控制溶液浓度、扩散温度及工艺时间能够在很大范围内调整轻掺杂区域的杂质表面浓度及扩散结深，达到降低选择性发射极结构轻掺杂区域杂质表面浓度的目的，从而改善选择性发射极结构太阳电池的蓝光响应、提高转换效率。(2)轻掺杂区的源沉积采用旋涂或者喷涂方式，而重掺杂区的源沉积方式为丝网印刷方式，所用设备性能稳定，工艺简单，操作方便，可重复性强，产业化转型快；(3)源沉积均匀，提高了硼扩散掺杂的片内及片间均匀性，有利于改善备大面积太阳电池制备的均匀性及集中性；(4)减少高温时间，缩短了太阳电池的制备周期，同时能够减少高温过程对硅片衬底造成的热损伤，改善电池输出性能；(5)通过一步高温扩散实现了选择性发射极结构的制备，简化了生产流程；
(6)整个太阳电池制备过程中摈弃了剧毒、昂贵的常规三氯氧磷液态源，实现廉价、安全、环保的制备方式；
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1本发明一种低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法的制备流程图；
[0025]图2本发明一种低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构制备方法所实现的轻掺杂区杂质(磷)分布图；
[0026]图3本发明一种低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构制备方法所实现的重掺杂区杂质(磷)分布图。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图及实施例对本发明进行进一步说明。
[0028]本发明实现低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法，其特征在于整个扩散过程中避免高表面浓度的三氯氧磷液态源扩散，以磷盐配制的水溶液均匀沉积在硅片表面上并干燥后在需要实现重掺杂的电极区域采用丝网印刷的方式沉积上能够实现重掺杂的硅墨或者磷墨，并干燥，然后采用高温扩散/氧化炉设备在氮气氛围下进行扩散，从而实现选择性发射极结构的一步高温扩散制备。
[0029]为了能够更详尽地介绍本发明一种低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法，本实施方式中对所实现的各个步骤进行详尽描述，而在实际操作过程中，可以将衬底的腐蚀清洗干燥一步与表面亲水性处理一步进行整合、集成，从而形成一个链式步骤，即“表面腐蚀一清洗一亲水性处理一烘干”。
[0030]具体来说，本发明一种低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法的实现方式如图1所示。首先执行步骤101，将衬底硅片表面进行制绒清洗及干燥处理，以除去硅片在切割过程中造成的表面损伤层。经过清洗和干燥处理后的硅片表面具有很好的表面疏水性能，如果直接沉积源溶液，不易得到均匀的表面源层，因此需要执行步骤102，对硅片表面进行亲水性处理及干燥，使硅片表面具有良好的亲水性，并通过烘干或者甩干等方式使硅片表面干燥后备用。在经步骤102处理后，执行步骤103，通过喷涂或者旋涂的方式将配置好的磷盐源溶液均匀沉积在硅片表面的其中一面，并采用钨灯或者电热板的方式在约100°C条件下烘干。然后进行步骤104处理，即采用丝网印刷的方式在沉积了轻掺杂源的硅片表面上实现重掺杂的区域，即太阳电池中的电极接触区域，沉积重掺杂源，并采用钨灯或者电热板的方式在约200°C条件下烘干。将此硅片以“背靠背”的方式装置在扩散石英舟中进行高温扩散过程，即步骤105，至此即完成了晶体硅太阳电池中选择性发射极结构的制备。
[0031]步骤103中在硅片表面沉积的磷源溶液均匀分布在硅片表面，经过步骤105后所实现的发射极对应选择性发射极结构中的轻掺杂区域，通过调节源溶液的浓度及工艺温度能够控制掺杂的表面浓度及扩散结深，从而得到低表面浓度的选择性发射极结构的轻掺杂区域。步骤104在硅片表面沉积的杂质源与所实现太阳电池的正面电极区域相互重合，所沉积的杂质源能够提供过量的杂质磷源，经过高温步骤105后所实现的发射极对应选择性发射极结构中的重掺杂区域，从而得到高表面浓度的选择性发射极结构的重掺杂区域。步骤105过程中无需向扩散石英管中导入三氯氧磷液态源。
[0032]在以下具体的实施方案及实施例中，所用扩散炉为德国Centrotherm公司“高温扩散/氧化设备”(型号=Centrotherm E2000HT300-4)的闭管软着陆扩散炉。所有给出的方阻平均值为采用广州市昆德科技有限公司“KDY-1型四探针电阻率/方阻测试仪”对扩散硅片方阻值进行多点测试结果的平均值。为了能够对所用磷盐溶液对低表面浓度轻掺杂区域的影响做全面介绍，以下实施例中所用低表面浓度轻掺杂磷源均是磷酸铵盐配制而成的水溶液。
[0033]实施例1:
[0034]1、将衬底为156X 156mm2的P型晶体硅片(多晶)进行酸腐蚀制绒、RCA清洗并氮
气吹干后备用。
[0035]2、即将步骤I中制备好的清洁硅片浸泡在硝酸液溶液中，对硅片表面进行湿法化学氧化，使其表面具有亲水性，然后采用氮气将硅片吹干后备用，也可以烘干或者甩干。
[0036]3、配制浓度为1.0%wt.的磷盐溶液，作为选择性发射极结构轻掺杂区的高温扩散源。溶液配制完成后，采用匀胶机将配制好的磷盐溶液均匀旋涂沉积在步骤2中制备好的硅片表面，形成磷盐扩散源，然后烘干备用。
[0037]4、采用丝网印刷的方式在步骤3制备的旋涂有磷盐扩散源的硅片表面上需要实现重掺杂的图形区域沉积硅墨，烘干后备用，或者将烘干后的硅片直接在扩散夹具，即扩散石英舟中装载好后备用。
[0038]5、向扩散炉内通入大氮6slm，待扩散炉的温度升高到750°C后，将步骤4中装载好硅片的扩散石英舟缓慢推进扩散石英管恒温区。硅片放置到位后，密封扩散炉炉口。[0039]6、提升扩散炉温度，升温速率为10°C /min，待扩散炉温度稳定为780°C后，向扩散石英管内同时导入大氮6slm,氧气3000sccm,携源小氮Osccm, 20min内保持该温度稳定不变。然后以15°C /min的降温速率进行降温，设定时间5min，至此完成低表面浓度选择性发射极结构一步高温扩散的制备。
[0040]7、扩散完成后，缓慢将装载硅片的石英舟从扩散石英管中拉取出来，待硅片温度达到室温时方取出硅片，本实施例整个过程完成需要时间约为60min。
[0041]8、采用“KDY-1型四探针电阻率/方阻测试仪”对所制备的轻掺杂发射极的扩散层方阻进行多点测试，其平均方阻为215.6 Ω / □，方阻测试值不均匀性为15.63%。
[0042]实施例2:
[0043]1、将衬底为156X 156mm2的P型晶体硅片(多晶)进行酸腐蚀制绒、RCA清洗并氮
气吹干后备用。
[0044]2、即将步骤I中制备好的清洁硅片浸泡在RCA-二号液溶液中，对硅片表面进行湿法化学氧化，使其表面具有亲水性，然后采用氮气将硅片吹干后备用，也可以烘干或者甩干。
[0045]3、配制磷盐水溶液，其浓度为0.5%wt.作为选择性发射极结构轻掺杂区的高温扩散源。溶液配制完成后，采用匀胶机将配制好的磷盐溶液均匀旋涂沉积在步骤2中制备好的硅片表面，形成磷盐扩散源，然后烘干备用。
[0046]4、采用丝网印刷的方式在步骤3中均匀旋涂有磷盐扩散源的硅片表面上需要实现重掺杂的图形区域沉积硅墨，烘干后备用，或者将烘干后的硅片直接在扩散夹具，即扩散石英舟中装载好后备用。
[0047]5、向扩散石英管内通入大氮IOslm，待温度升高到830°C后，将装载好步骤4中制备好的硅片的石英舟缓慢推放进扩散石英管恒温区。硅片放置到位后，密封扩散炉炉口。
[0048]6、提升扩散炉温度，升温速率为10°C /min，待扩散炉温度稳定为890°C后，向扩散石英管内同时导入大氮IOslm,氧气1500sccm,携源小氮Osccm, 20min内保持该温度稳定不变。然后以15°C /min的降温速率进行降温，设定时间5min，至此完成低表面浓度选择性发射极结构一步高温扩散的制备。
[0049]7、扩散完成后，缓慢将装载硅片的石英舟从扩散石英管中拉取出来，待硅片温度达到室温时方取出硅片，本实施例整个过程完成需要时间约为60min。
[0050]8、采用“KDY-1型四探针电阻率/方阻测试仪”对所制备的轻掺杂发射极的扩散层方阻进行多点测试，其平均方阻为110.4Ω/ □，方阻测试值不均匀性为8.79%。
[0051]实施例3:
[0052]1、将衬底为156X 156mm2的P型晶体硅片(多晶)进行酸腐蚀制绒、RCA清洗并氮
气吹干后备用。
[0053]2、即将步骤I中制备好的清洁硅片浸泡在RCA-三号液溶液中，对硅片表面进行湿法化学氧化，使其表面具有亲水性，然后采用氮气将硅片吹干后备用，也可以烘干或者甩干。
[0054]3、配制磷盐水溶液，其浓度为20.0%wt.作为选择性发射极结构轻掺杂区的高温扩散源。溶液配制完成后，采用匀胶机将配制好的磷盐源溶液均匀旋涂沉积在步骤2中制备好的硅片表面，形成磷盐扩散源，然后烘干备用。[0055]4、采用丝网印刷的方式在步骤3中均匀旋涂有磷盐扩散源的硅片表面上需要实现重掺杂的图形区域沉积磷墨，烘干后备用，或者将烘干后的硅片直接在扩散夹具，即扩散石英舟中装载好后备用。
[0056]5、向扩散石英管内通入大氮20slm，待温度升高到800°C后，将装载好步骤4中制备好的硅片的石英舟缓慢推放进扩散石英管恒温区。硅片放置到位后，密封扩散炉炉口。
[0057]6、提升扩散炉温度，升温速率为10°C /min，待扩散炉温度稳定为860°C后，向扩散石英管内同时导入大氮IOslm,氧气1500sccm,携源小氮Osccm, 20min内保持该温度稳定不变。然后以15°C /min的降温速率进行降温，设定时间5min，至此完成低表面浓度选择性发射极结构一步高温扩散的制备。
[0058]7、扩散完成后，缓慢将装载硅片的石英舟从扩散石英管中拉取出来，待硅片温度达到室温时方取出硅片，本实施例整个过程完成需要时间约为60min。
[0059]8、采用“KDY-1型四探针电阻率/方阻测试仪”对所制备的轻掺杂发射极的扩散层方阻进行多点测试，其平均方阻为45.85 Ω/ □，方阻测试值不均匀性为8.41%。
[0060]实施例4:
[0061]1、将衬底为156X 156mm2的P型晶体硅片(多晶)进行酸腐蚀制绒、RCA清洗并氮
气吹干后备用。
[0062]2、即将步骤I中制备好的清洁硅片浸泡在双氧水溶液中，对硅片表面进行湿法化学氧化，使其表面具有亲水性，然后采用氮气将硅片吹干后备用，也可以烘干或者甩干。
[0063]3、配制磷盐水溶液，其浓度为9.3%wt.作为选择性发射极结构轻掺杂区的高温扩散源。溶液配制完成后，采用匀胶机将配制好的磷盐源溶液均匀旋涂沉积在步骤2中制备好的硅片表面，形成磷盐扩散源，然后烘干备用。
[0064]4、采用丝网印刷的方式在步骤3中均匀旋涂有磷盐扩散源的硅片表面上需要实现重掺杂的图形区域沉积磷墨，烘干后备用，或者将烘干后的硅片直接在扩散夹具，即扩散石英舟中装载好后备用。
[0065]5、向扩散石英管内通入大氮30slm，待温度升高到800°C后，将装载好步骤4中制备好的硅片的石英舟缓慢推放进扩散石英管恒温区。硅片放置到位后，密封扩散炉炉口。
[0066]6、提升扩散炉温度，升温速率为10°C /min，待扩散炉温度稳定为860°C后，向扩散石英管内同时导入大氮30slm,氧气Osccm,携源小氮Osccm, 20min内保持该温度稳定不变。然后以15°C /min的降温速率进行降温，设定时间5min，至此完成低表面浓度选择性发射极结构一步高温扩散的制备。
[0067]7、扩散完成后，缓慢将装载硅片的石英舟从扩散石英管中拉取出来，待硅片温度达到室温时方取出硅片，本实施例整个过程完成需要时间约为60min。
[0068]8、采用“KDY-1型四探针电阻率/方阻测试仪”对所制备的轻掺杂发射极的扩散层方阻进行多点测试，其平均方阻为62.57 Ω/ □，方阻测试值不均匀性为8.30%。
[0069]图2所示为本发明低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法所实现轻掺杂区域杂质分布测试SIMS图，可看出，通过磷盐作为轻掺杂源所实现的轻掺杂区域表面浓度为1019cm_3,结深约为0.25 μ m,对应扩散层方阻为95 Ω / 口。
[0070]图3所示为本发明低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法所实现重掺杂区域杂质分布测试SIMS图，可看出，通过本发明一种低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法所实现重掺杂区域表面浓度为1021cm_3，结深约为0.45 μ m,对应扩散层方阻为43Ω / 口。
【权利要求】
1.一种低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法,其特征在于所述的制备方法步骤如下: (1)腐蚀衬底表面:腐蚀清洗 待制备的衬底表面，清洗完成后将衬底表面充分干燥； (2)对衬底表面进行亲水性处理:将步骤(1)制备好的清洁衬底浸泡在氧化性溶液中，对衬底表面进行湿法化学氧化，使其表面具有良好的亲水性，然后将衬底表面充分干燥； (3)轻掺区沉积磷源:采用旋涂或喷涂的方式，将磷源溶液沉积在衬底的其中一面，然后烘干； (4)重掺区沉积磷源:以步骤(3)制备的衬底为基片，采用丝网印刷方式将磷墨或者硅墨沉积在旋涂了磷源的衬底表面上需要制备电极的区域，然后烘干； (5)扩散制备选择性发射极结构:扩散炉升温，同时向扩散炉的扩散石英管内导入大氮；当扩散炉温度达到780-890°C后，将步骤(4)制备的清洁衬底放入扩散石英管的恒温区，密封扩散炉炉口 ；待扩散炉温度稳定后，向扩散石英管内导入氧气；所述的大氮流量为6-30slm ;所述氧气的流量为0-3000sccm，所需时间约为45min ； (6)冷却取片:待扩散过程结束后将衬底取出冷却。
2.按照权利要求1所述的低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)中所述对衬底表面亲水性处理的方法是:将衬底浸泡在具有强氧化性的溶液中进行湿法化学氧化，使硅片衬底表面形成一薄层氧化硅膜；所述的强氧化性溶液包括硝酸或RCA三号液或RCA 二号液或者双氧水，或采用阳极氧化进行表面氧化。
3.按照权利要求1所述的低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法，其特征在于所述的衬底为娃片。
4.按照权利要求1所述的低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法，其特征在于所述的轻掺杂磷源为磷盐配制的水溶液；所述磷盐配制水溶液的浓度范围为0.5~20%wto
【文档编号】H01L31/18GK103904141SQ201410058702
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】汤叶华, 周春兰, 陈朋, 费建明, 王文静, 王磊, 王亚勋, 王孟, 夏建汉 申请人:中国科学院电工研究所, 欧贝黎新能源科技股份有限公司