一种制备高方阻电池片的减压扩散工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种减压扩散工艺，它包括恒温降压过程、前氧化过程、升温过程、深扩散过程、磷推进过程、后氧化处理和降温升压过程。相对于常压扩散工艺，本发明的减压扩散工艺引入扩散过程中压力这个变量，降低扩散炉管内压力，同时调节温度、时间、气流量来使扩散方块电阻均匀性更好，所制备的电池片光电转换效率更高，同时提高设备单位时间的产量与节省扩散磷源的用量。
【专利说明】-种制备高方阻电池片的减压扩散工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体电子工艺特别是晶体硅太阳能电池生产专用工艺领域，具体说 来是一种半导体晶圆特别是晶体硅电池参杂制发射极的扩散工艺。
【背景技术】
[0002] 扩散工艺的主要用途是在高温条件下对半导体晶圆掺杂，从而改变和控制半导体 内杂质的类型、浓度和分布，以便建立起不同的电特性区域。在太阳能晶硅电池制造工艺 中，常采用热扩散工艺制备PN结，即在加热条件下将V族杂质元素磷掺入P型硅或将III 族杂质硼掺入N型硅中，扩散制备PN结的质量对于太阳能电池的转换效率有重要影响，是 太阳能电池性能的决定性因素之一。
[0003] 目前传统的太阳能生产线主要采用常压扩散工艺，即扩散过程中，扩散炉工作腔 内压力保持微正压状态，对扩散炉工作腔的密封性要求低，甚至可直接采用非密闭式炉管 结构，技术较为简单。然而，随着太阳能电池向高效、低成本方向发展，娃片表面掺杂浓度不 断降低，PN结的结深越来越浅，方块电阻从40到100 Ω / 口不断提高，常压扩散对硅片掺杂 均匀性的控制越来越差，难以制备高质量的浅表面PN结。此外，由于掺杂源所占分压比较 小，常压扩散中扩散磷源的吸收率低，消耗量大，对尾气处理及环境保护带来了很大的负面 作用，很难满足太阳能电池高效、低成本发展的技术要求。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是提供一种制备高方阻电池片的减压扩散工艺，可以提高单位时间设 备的产量，降低扩散磷源的用量，提高扩散方阻的均匀性进而提高电池片光电转换效率。
[0005] 为达到以上目的，本发明需要采用以下技术方案：
[0006] -种制备高方阻电池片的减压扩散工艺，将制绒后的硅片插入扩散炉的石英舟 中，然后依次进行以下步骤：
[0007] (1)恒温降压过程：将温度控制在800°C -82CTC之间，通入1000sccm-5000sccm大 氮，将扩散炉管内压力降低至5千至6万帕，恒温降压过程的时间为300s-900s ;
[0008] (2)前氧化过程：将温度控制在800°C _820°C之间，通入1000scc-5000sccm大氮， 300SCC-1500SCCm干氧，将扩散炉管内压力保持在5千至6万帕之间，前氧化过程的时间为 300s_900s ;
[0009] (3)扩散过程：将温度保持在800°C _820°C之间，通入1000sccm-5000sccm大氮， 300sccm-1500sccm干氧与500sccm-1500sccm小氮，将扩散炉管内压力保持在5千至6万帕 之间，扩散时间为300s-600s ;
[0010] (4)升温过程：将温度升高至830°C -850°c，通入1000sccm-5000sccm大氮，将扩 散炉管内压力保持在5千至6万帕之间，升温过程的时间为200s-600s ;
[0011] (5)深扩散过程：将温度保持在830°C -850°c之间，通入1000sccm-5000sccm大 氮，300sccm-1500sccm干氧与500sccm-1500sccm小氮，将扩散炉管内压力保持在5千至6 万帕之间，深扩散过程的时间为300s-600s ;
[0012] (6)磷推进过程：将温度保持在830°C _850°C之间，通入1000sccm-5000sccm大 氮，将扩散炉管内压力保持在5千至6万帕之间，磷推进过程的时间为300s-600s ;
[0013] (7)后氧化处理：将温度保持在830°C _850°C之间，通入1000sccm-5000sccm大 氮，300sccm-1500sccm干氧，将扩散炉管内压力保持在5千至6万帕之间，后氧化时间为 300s_1000s ;
[0014] (8)降温升压过程，将温度降低至650-720°C，通入1000-20000sccm大氮，将扩散 炉管内压力升高至大气压，降温升压过程的时间为900-1800S。
[0015] 反应完成后进行出舟取片过程，将石英舟从扩散炉中取出，将硅片从石英舟中取 出。所述高方阻电池片的方阻值优选为100-150Ω / 口。
[0016] 优选：步骤（1)所述石英舟为相邻硅片插槽间隔为2 的窄间隔石英舟。
[0017] 进一步优选：步骤（1)所述扩散炉为高温减压扩散炉，可以是现有任何减压扩散 炉，本实施例优选为202989354U公开的高温减压扩散炉。
[0018] 下面对本发明做进一步解释和说明：
[0019] 本发明在扩散过程中保持一个低于大气压的压力环境，在此压力下对硅片进行磷 扩散以及相关工艺处理，同时调整温度、时间、气体流量等参量来达到提高扩散后硅片方阻 均匀，实现制备高方阻电池片的效果。磷扩散过程可以是恒温磷扩散过程，也可以是变温磷 扩散过程。减压扩散过程中的压力低于大气压力，常用的扩散过程压力为0. 5-6万帕。扩散 过程中温度、时间、气体流量等参量是需要与扩散压力匹配，不同的扩散压力对应不同的温 度、时间、气体流量等参量。调整气体流量包括调整大氮、小氮、干氧的流量大小，以及这几 种气体流量的比例。硅片可以承载于常规石英舟中，也可以承载于窄间隔的石英舟中。所 述的常规石英舟的相邻硅片插槽间隔为4-6_，所述的窄间隔石英舟的相邻硅片插槽间隔 为 2_3mm·
[0020] 与现有的常压扩散相比，本发明具有以下优势：
[0021] 1、本发明的减压扩散工艺引入扩散过程中压力这个变量，降低扩散炉管内压力， 同时调节温度、时间、气流量，避免湍流产生，从而提高扩散方阻的均匀性，其不均匀性低于 2%。
[0022] 2、本发明的减压扩散减压扩散工艺由于扩散方阻均匀性的提高，装片石英舟槽间 距设计可降为标准值的一半左右，这样带来的效果是在设备体积不变的情况下产能大幅提 升。
[0023] 3、采用减压扩散工艺以后，扩散过程扩散磷源的利用效率提高，工艺过程中扩散 磷源的用量大幅降低，节省成本。
[0024] 总之，本发明的减压扩散工艺可以提高单位时间设备的产量，降低扩散磷源的用 量，提高扩散方阻的均匀性进而提高电池片光电转换效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1表示实施例中探针测试仪测试硅片扩散方阻的五个位置分布。
[0026] 其中：1-中心位置，2-右上位置，3-右下位置，4一左下位置，5-左上位置
【具体实施方式】
[0027] 下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
[0028] 本发明提供一种制备高方阻电池片的减压扩散工艺，依托减压扩散炉，可以是现 有任何减压扩散炉，本实施例优选为202989354U公开的高温减压扩散炉，在此压力下对硅 片进行磷扩散以及相关工艺过程。
[0029] 典型案例在2万帕气压下进行扩散工艺，具体步骤如下：
[0030] (1)进行准备过程，将制绒后的硅片插入窄间隔石英舟中，石英舟的相邻硅片插槽 间隔为2. 38mm。
[0031] (2)进行恒温降压过程，温度控制在810°C，通入3000SCCm大氮，将扩散炉管内压 力降低至2万帕，时间为600s。
[0032] (3)进行前氧化过程，温度控制在810°C，通入2000sccm大氮，lOOOsccm干氧，将扩 散炉管内压力保持在2万帕，时间为400s。
[0033] (4)进行扩散过程，温度保持在810°C，通入1800sccm大氮，600sccm干氧与 60〇 SCCm小氮，将扩散炉管内压力保持在2万帕，时间为500s。
[0034] (5)进行升温过程，将温度升高至840°C，通入3000SCCm大氮，将扩散炉管内压力 保持在2万帕，时间为300s。
[0035] (6)进行深扩散过程，温度保持在840°C，1800sccm大氮，600sccm干氧与600sccm 小氮，将扩散炉管内压力保持在2万帕，时间为500s。
[0036] (7)进行磷推进过程，温度保持在840°C，通入3000SCCm大氮，将扩散炉管内压力 保持在2万帕，时间为500s。
[0037] (8)进行后氧化处理，温度保持在840°C，通入2000sccm大氮，lOOOsccm干氧，将扩 散炉管内压力保持在2万帕，时间为600s。
[0038] (9)进行降温升压过程，将温度降低至680°C，通入lOOOOsccm大氮，将扩散炉管内 压力升高至大气压，时间为1000s。
[0039] (10)进行出舟取片过程，将石英舟从扩散炉中取出，将硅片从石英舟中取出。
[0040] 制绒后的156多晶硅片经此扩散工艺，方阻的测试方法如下：每管选取6片硅片， 炉口（温区一）两片，炉中（温区二）两片，炉尾（温区三）两片；每片选五个测试点，中 心、右上、右下、左下、左上五点位置如下图所示。片内不均匀性的计算方法为：片内不均匀 性=(最大值-最小值v(最大值+最小值）。
[0041] 表1 :常压扩散炉常压下扩散工艺所做的扩散方阻值
[0042]
【权利要求】
1. 一种制备高方阻电池片的减压扩散工艺，其特征是，将制绒后的硅片插入扩散炉的 石英舟中，然后依次进行以下步骤： (1) 恒温降压过程：将温度控制在800°C -820°c之间，通入1000sccm-5000sccm大氮， 将扩散炉管内压力降低至5千至6万帕，恒温降压过程的时间为300s-900s ; (2) 前氧化过程：将温度控制在800°C _820°C之间，通入1000scc-5000sccm大氮， 300SCC-1500SCCm干氧，将扩散炉管内压力保持在5千至6万帕之间，前氧化过程的时间为 300s_900s ; (3) 扩散过程：将温度保持在800°C -820°C之间，通入1000sccm-5000sccm大氮， 300sccm-1500sccm干氧与500sccm-1500sccm小氮，将扩散炉管内压力保持在5千至6万帕 之间，扩散时间为300s-600s ; (4) 升温过程：将温度升高至830°C -850°C，通入1000sccm-5000sccm大氮，将扩散炉 管内压力保持在5千至6万帕之间，升温过程的时间为200s-600s ; (5) 深扩散过程：将温度保持在830°C -850°C之间，通入1000sccm-5000sccm大氮， 300sccm-1500sccm干氧与500sccm-1500sccm小氮，将扩散炉管内压力保持在5千至6万帕 之间，深扩散过程的时间为300s-600s ; (6) 磷推进过程：将温度保持在830°C _850°C之间，通入1000sccm-5000sccm大氮，将 扩散炉管内压力保持在5千至6万帕之间，磷推进过程的时间为300s-600s ; (7) 后氧化处理：将温度保持在830°C _850°C之间，通入1000sccm-5000sccm大氮， 300sccm-1500sccm干氧，将扩散炉管内压力保持在5千至6万帕之间，后氧化时间为 300s_1000s ; (8) 降温升压过程，将温度降低至650-720°C，通入1000-20000sccm大氮，将扩散炉管 内压力升高至大气压，降温升压过程的时间为900-1800S。
2. 根据权利要求1所述制备高方阻电池片的减压扩散工艺，其特征是，所述高方阻电 池片的方阻值为100-150 Ω / 口。
3. 根据权利要求1或2所述制备高方阻电池片的减压扩散工艺，其特征是，步骤⑴所 述石英舟为相邻硅片插槽间隔为的窄间隔石英舟。
4. 根据权利要求1或2所述制备高方阻电池片的减压扩散工艺，其特征是，步骤⑴所 述扩散炉为高温减压扩散炉。
【文档编号】H01L31/0224GK104269459SQ201410489842
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】郭进, 成文, 刘文峰, 汪已琳, 姬常晓 申请人:中国电子科技集团公司第四十八研究所