專利名稱：一種實現(xiàn)深結(jié)低表面濃度的晶體硅擴(kuò)散工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于晶體硅太陽能電池制造領(lǐng)域，涉及一種實現(xiàn)深結(jié)低表面濃度的晶體硅擴(kuò)散工藝。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體硅和太陽能電池制造中，臥式擴(kuò)散爐的擴(kuò)散工藝是對晶體硅進(jìn)行摻雜，形成PN結(jié)，從而使晶體硅內(nèi)部形成內(nèi)建電場，PN結(jié)是半導(dǎo)體器件的核心，良好地PN結(jié)有利于晶體硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的提升。在晶體硅太陽能電池的制備工藝中，臥式擴(kuò)散爐設(shè)備是主流產(chǎn)品，占據(jù)著市場超過95%的份額，即使是在技術(shù)相對領(lǐng)先，自動化要求很高的歐洲市場臥式擴(kuò)散爐也是主流產(chǎn)品，即使偶爾有其他新技術(shù)的引入也未能在大生產(chǎn)過程中獲得業(yè)內(nèi)的認(rèn)可，因此研究臥式擴(kuò)散爐的擴(kuò)散工藝是光伏行業(yè)提升晶體硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的重心，但是眾所周知臥 式擴(kuò)散爐因為其結(jié)構(gòu)性問題存在著一些我們無法避免的缺陷1，石英管各位置的溫度存在差異，特別是石英管口和管尾位置；2，雜質(zhì)氣體在石英管內(nèi)分布的濃度不均勻；3，變溫擴(kuò)散過程中溫度上升下降都存在不同步的情況。上述情況最終影響擴(kuò)散工藝之后晶體硅內(nèi)部摻雜的不均勻。另外考慮到目前市場上供應(yīng)的正面銀漿都在向弱刻蝕方向發(fā)展，這類漿料對晶體硅表面摻雜濃度的要求不高，因此，研究新的擴(kuò)散工藝顯得意義重大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實現(xiàn)深結(jié)低表面濃度的晶體硅擴(kuò)散工藝。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為
一種實現(xiàn)深結(jié)低表面濃度的晶體硅擴(kuò)散工藝，所述擴(kuò)散工藝是在擴(kuò)散爐中對晶體硅進(jìn)行摻雜處理，包括如下步驟
(I)將硅片送入擴(kuò)散爐；(2)升溫過程；(3)恒溫過程；(4)第一次擴(kuò)散；(5)低溫分布；
(6)升溫再分布；(7)第一次恒溫再分布；(8)第一次降溫再分布；(9)第二次恒溫再分布；
(10)第二次擴(kuò)散；(11)第二次降溫再分布；(12)取出硅片；其中所述的再分布是一個使沉積的雜質(zhì)穿過硅晶體，在硅片中重新分布形成期望的結(jié)深的過程。其中，步驟(I)設(shè)定的的工藝參數(shù)如下
送片時間為840s，爐內(nèi)溫度為790 810°C，優(yōu)選為800°C ;小氮流量和干氧流量為Oml/m ;大氮流量為 22500 27500ml/m，優(yōu)選為 25000ml/m ；
步驟(2)設(shè)定的的工藝參數(shù)如下
升溫時間彡10s，優(yōu)選為Is ;爐內(nèi)溫度為790 810°C，優(yōu)選為800°C ;小氮流量和干氧流量為O ml/m ;大氮流量為22500 27500ml/m，優(yōu)選為25000ml/m ; S卩，在IOs內(nèi)使硅片升溫至790 810°C ;步驟(3)設(shè)定的的工藝參數(shù)如下
恒溫時間為IOOOs ;爐內(nèi)溫度為790 810°C，優(yōu)選為800°C ;小氮流量和干氧流量為Oml/m ;大氮流量為 22500 27500ml/m，優(yōu)選為 25000ml/m ；
步驟(4)設(shè)定的的工藝參數(shù)如下
擴(kuò)散時間為600s ;爐內(nèi)溫度為790 810°C，優(yōu)選為800°C;小氮流量和干氧流量為900 1100ml/m，優(yōu)選為 1000 ml/m ;大氮流量為 20700 25300ml/m，優(yōu)選為 23000ml/m ；步驟(5)設(shè)定的的工藝參數(shù)如下
低溫分布時間為500s ;爐內(nèi)溫度為790 810°C，優(yōu)選為800°C ;小氮流量為O ml/m ；大氮流量為21960 26840 ml/m，優(yōu)選為24400 ml/m ;干氧流量為540 660ml/m，優(yōu)選為600ml/m ；
步驟(6)設(shè)定的的工藝參數(shù)如下
升溫分布時間彡10s，優(yōu)選為Is ;爐內(nèi)溫度為840 860°C，優(yōu)選為850°C ;小氮流量為O ml/m ;大氮流量為21960 26840 ml/m，優(yōu)選為24400 ml/m ;干氧流量為540 660ml/m,優(yōu)選為 600ml/m ；
步驟(7)設(shè)定的的工藝參數(shù)如下
恒溫分布時間為1300s ;爐內(nèi)溫度為840 860°C，優(yōu)選為850°C ;小氮流量為O ml/m ；大氮流量為21960 26840 ml/m，優(yōu)選為24400 ml/m ;干氧流量為540 660ml/m，優(yōu)選為600ml/m ；
步驟(8)設(shè)定的的工藝參數(shù)如下
降溫分布時間為1200 ;爐內(nèi)溫度為820 840°C，優(yōu)選為830°C ;小氮流量和干氧流量為 O ml/m ;大氮流量為 22500 27500ml/m，優(yōu)選為 25000ml/m ；
步驟(9)設(shè)定的的工藝參數(shù)如下
恒溫分布時間為300 ;爐內(nèi)溫度為820 840°C，優(yōu)選為830°C ;小氮流量和干氧流量為
Oml/m ;大氮流量為 22500 27500ml/m，優(yōu)選為 25000ml/m ；
步驟(10)設(shè)定的的工藝參數(shù)如下
擴(kuò)散時間為800s ;爐內(nèi)溫度為820 840°C，優(yōu)選為830°C ;小氮流量為1350 1650ml/m，優(yōu)選為1500ml/m ;大氮流量為20070 24530ml/m，優(yōu)選為22300ml/m ;干氧流量為1080 1320 ml/m，優(yōu)選為 1200ml/m ；
步驟(11)設(shè)定的的工藝參數(shù)如下
降溫分布時間為2400s ;爐內(nèi)溫度為540 660°C，優(yōu)選為600°C;小氮流量和干氧流量為 O ml/m ;大氮流量為 36000 44000ml/m，優(yōu)選為 40000ml/m ；
步驟(12)設(shè)定的的工藝參數(shù)如下
取片時間為840s ;爐內(nèi)溫度為790 810°C，優(yōu)選為800°C ;小氮流量和干氧流量為Oml/m ;大氮流量為 22500 27500ml/m，優(yōu)選為 25000ml/m ；
其中，步驟(8)中設(shè)定的爐內(nèi)溫度低于步驟(7)中設(shè)定的爐內(nèi)溫度。另外，所述步驟(3)恒溫過程可分三步進(jìn)行
第一步設(shè)定的工藝參數(shù)如下
時間為200s ;爐內(nèi)溫度為790 810°C，優(yōu)選為800°C;小氮流量和干氧流量為O ml/m ；大氮流量為22500 27500ml/m，優(yōu)選為25000ml/m ；第二步設(shè)定的工藝參數(shù)如下
時間為400s ;爐內(nèi)溫度為790 810°C，優(yōu)選為800°C;小氮流量和干氧流量為O ml/m ；大氮流量為22500 27500ml/m，優(yōu)選為25000ml/m ；
第三步設(shè)定的工藝參數(shù)如下
時間為400s ;爐內(nèi)溫度為790 810°C，優(yōu)選為800°C;小氮流量和干氧流量為O ml/m ;大氮流量為22500 27500ml/m，優(yōu)選為25000ml/m。所述步驟(7)第一次恒溫再分布分兩步進(jìn)行
第一步設(shè)定的工藝參數(shù)如下
時間為800s，爐內(nèi)溫度為840 860°C，優(yōu)選為850°C;小氮流量為O ml/m ;大氮流量為21960 26840 ml/m，優(yōu)選為 24400 ml/m ;干氧流量為 540 660ml/m，優(yōu)選為 600ml/m ；
第二步設(shè)定的工藝參數(shù)如下·
時間為500s，爐內(nèi)溫度為840 860°C，優(yōu)選為850°C;小氮流量為O ml/m ;大氮流量為21960 26840 ml/m，優(yōu)選為 24400 ml/m ;干氧流量為 540 660ml/m，優(yōu)選為 600ml/m。上述小氮即為攜源氮?dú)?，大氮即為氮?dú)?，干氧即為干燥的氧氣。下面結(jié)合原理對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，在無法避免因為設(shè)備硬性缺陷而出現(xiàn)的技術(shù)問題的時候，提供一種新的擴(kuò)散工藝模式，它能夠有效的改善因為溫度濃度差異導(dǎo)致的摻雜不均勻而出現(xiàn)的晶體硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率不穩(wěn)定的問題，提高晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和良品率。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為實現(xiàn)深結(jié)低表面濃度，采用兩次擴(kuò)散的模式，延長擴(kuò)散工藝的時間，保證雜質(zhì)源充分均勻的摻雜并且得到激活，擴(kuò)散模式有點(diǎn)類似有限源擴(kuò)散。本發(fā)明的工藝包括步驟(2)升溫過程，(3)恒溫過程(可根據(jù)設(shè)備調(diào)整為多步恒溫)，(4)第一次擴(kuò)散(低溫沉積)，(5)第一次低溫分布，(6)第一次升溫再分布，擴(kuò)散爐升溫速率根據(jù)設(shè)定時間有個斜率，因此設(shè)置該步驟有利于提高升溫速度；降溫再分布可以使晶體硅表面到其內(nèi)部出現(xiàn)一個明顯的雜質(zhì)濃度梯度；該工藝的低溫沉積，高溫驅(qū)進(jìn)。然后再低溫沉積，最后用一個長時間的降溫再分布來實現(xiàn)其深結(jié)低表面濃度的摻雜結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為
常規(guī)工藝光伏電池的生產(chǎn)在使用深結(jié)低表面濃度的擴(kuò)散工藝之后電性能有明顯好轉(zhuǎn)，具體差異見表I、表2、圖I和圖2 :
使用普通的擴(kuò)散工藝(表I)
福......I.......IJm^.......FF........Rs— '"Rs1i|—Eff^.....Isc>sT ^Voe>620|......
19649 I 0.622 $.43 "S.I 0.002S"""85 I 92-_ I _0% 65.40°'# 93.50%...................................I—in.........................................................—111..................................I........................................—二:—I................................................................................:一i..........................................
使用本發(fā)明擴(kuò)散工藝之后(表2):
TM Uoc Isc Ff ^Rs^ Rsh Eff >16.5%" isc>S.4 Vx>62& I FF>，？
' — ^ojor ^s9 — ^iH:—涵Γ ^9sjo%'
參見表I、表2、圖I和圖2，量產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，在相同生產(chǎn)情況下改變擴(kuò)散工藝的參數(shù)設(shè)置，光伏電池電性能得到明顯的提升，轉(zhuǎn)換效率有超過O. 2%的提升，大于16. 5%的比例也有很大的提升，這一部分的提升能夠改善我們的成品率，降低生產(chǎn)過程中的不良率；從轉(zhuǎn)換效率分布圖上可見，高轉(zhuǎn)換效率的電池比例上升明顯，低效片所占比例幾乎可以忽略，試想這能夠給我們的大生產(chǎn)降低多少不必要的損耗，帶來多么大的經(jīng)濟(jì)效益?？傊景l(fā)明實現(xiàn)深結(jié)低表面濃度的晶體硅擴(kuò)散工藝，包括一次低溫沉積過程，雜質(zhì)沉積在表面之后進(jìn)行高溫的驅(qū)進(jìn)，長時間的驅(qū)進(jìn)可以明顯降低表面濃度，而且驅(qū)進(jìn)時設(shè)置的工藝溫度決定了雜質(zhì)源進(jìn)入晶體硅內(nèi)部的深度；完成高溫再分布之后進(jìn)行二次低溫沉積是對表面雜質(zhì)濃度的一次補(bǔ)充，為后續(xù)的降溫再分布提供雜質(zhì)源，如此設(shè)置工藝參數(shù)有利于晶體硅PN結(jié)的均勻性，同時結(jié)的深度也得到理想的控制，為實現(xiàn)晶體硅電池的高轉(zhuǎn)換效率打下基礎(chǔ)，同時大生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性得到很好地改善。


圖I為普通的擴(kuò)散工藝效果數(shù)據(jù) 圖2為本發(fā)明的擴(kuò)散工藝效果數(shù)據(jù)圖。
具體實施例方式實施例I
本實施例擴(kuò)散爐選用中國電子科技集團(tuán)公司第48研究所的臥式擴(kuò)散爐，該擴(kuò)散爐內(nèi)有五個加熱器，分為五個溫區(qū)。工藝參數(shù)如表3所示，步驟I為進(jìn)舟送片，步驟2為升溫過程，步驟3、4、5為恒溫過程，步驟6為第一次擴(kuò)散(低溫沉積)，步驟7為低溫分布，步驟8為升溫再分布，步驟9、10為第一次恒溫再分布，步驟11為第一次降溫再分布，步驟12為第二次恒溫再分布，步驟13為第二次擴(kuò)散，步驟14為第二次降溫再分布，步驟15為出舟取片。表3 :
I!^II ,SrI ,SiI I ,5 ! 2Γ ；；^^!
丨時固 I 一丨 二r 二.丨小 Si-t-s—
— I rSf Ii , τ, %J , γ, % I^ β',1 S5 · Bi SR:ε;:
I I $40 I SOO I SOO $00 I SOO T SOOO 23000 O
—:—III—Soo—!..........Ioo.......................Ioo—I—Ioi—|—Ioo.............................................ο.................................. οοο..........................................................................................................................ο......................
^3^I 200 Tioo j SW廣 ο 2aoo(F" ο
4.............I...........4 .........I...........Sio........... ..........si}......................SOO...........I..........Ιο ...........I...........SOO..................................O.................................25000................................O.....................I
.............I.............I400.........I..........Icw..........f^sw...................§55—.—.....IIoo|soo................................ο...................I........siooo.............................ο.....................I
6 I eiFflioo I soosoo 廣 155^moo^!
—7 j ΟΟ I SOO SOO Γ_0 I SOO O 24400 600 |
Sjii Sm j pm 2 οο _
9I SOO I 850 ) S50 55θ" | S5§ i 350 ■ O 24400 60(3
10[ 500 850 I S50 S50 S50 ! S50O — 24400」^600^!
......11「.Iff........55^OSo.....—....... Γ.....I —Τ. ......T—............................................￥—'
12§50 Piioο 2βοοο :^￥—
"""!I—[—1 —I—Iso—ΓΙΙδ—^Jso—I—SM—I—IW..................... δο.......................Ξ δ—— "2δο—'
............ΠΓ；400......I—6OT—.I...........W......................600一]600...........j—600............................................................40000........................................................................................................................O....................'
—0 25000 ο
-4-wwwwww^-m---J-iwwwwwwwwwwwwwj> wwwwwwwwwwwwJl--J-----由《 wwwwwwwwwwwwwwW
其中，小氮即為攜源氮?dú)?，大氮即為氮?dú)?，干氧即為干燥的氧氣，?所顯示溫度為我們在生產(chǎn)線量產(chǎn)過程中的基礎(chǔ)溫度，根據(jù)需要各步驟溫度可以在正負(fù)十度范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，其次氣體流量也允許在現(xiàn)有基礎(chǔ)上有10%的正負(fù)偏差。
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)深結(jié)低表面濃度的晶體硅擴(kuò)散工藝，所述擴(kuò)散工藝是在擴(kuò)散爐中對晶體硅進(jìn)行摻雜處理，包括如下步驟 (I)將硅片送入擴(kuò)散爐；(2)升溫過程；(3)恒溫過程；(4)第一次擴(kuò)散；(5)低溫分布；(6)升溫再分布；(7)第一次恒溫再分布；(8)第一次降溫再分布；(9)第二次恒溫再分布；(10)第二次擴(kuò)散；(11)第二次降溫再分布；(12)取出硅片； 其中， 步驟(I)設(shè)定的工藝參數(shù)如下 送片時間為840s，爐內(nèi)溫度為790 810°C，小氮流量和干氧流量為O ml/m，大氮流量為 22500 27500ml/m ； 步驟(2)設(shè)定的工藝參數(shù)如下 升溫時間彡10s，爐內(nèi)溫度為790 810°C，小氮流量和干氧流量為O ml/m，大氮流量為.22500 27500ml/m ； 步驟(3)設(shè)定的工藝參數(shù)如下 恒溫時間為1000s，爐內(nèi)溫度為790 810°C，小氮流量和干氧流量為O ml/m，大氮流量為 22500 27500ml/m ； 步驟(4)設(shè)定的工藝參數(shù)如下 擴(kuò)散時間為600s，爐內(nèi)溫度為790 810°C，小氮流量和干氧流量為900 1100ml/m，大氮流量為20700 25300ml/m ； 步驟(5)設(shè)定的工藝參數(shù)如下 低溫分布時間為500s，爐內(nèi)溫度為790 810°C，小氮流量為O ml/m，大氮流量為.21960 26840 ml/m，干氧流量為 540 660ml/m ； 步驟(6)設(shè)定的工藝參數(shù)如下 升溫分布時間彡IO s，爐內(nèi)溫度為840 860°C，小氮流量為O ml /m，大氮流量為.21960 26840 ml/m，干氧流量為 540 660ml/m ； 步驟(7)設(shè)定的工藝參數(shù)如下 恒溫分布時間為1300s，爐內(nèi)溫度為840 860°C，小氮流量為O ml/m，大氮流量為.21960 26840 ml/m，干氧流量為 540 660ml/m ； 步驟(8)設(shè)定的工藝參數(shù)如下 降溫分布時間為1200，爐內(nèi)溫度為820 840°C，小氮流量和干氧流量為O ml/m，大氮流量為 22500 27500ml/m ； 步驟(9)設(shè)定的工藝參數(shù)如下 恒溫分布時間為300，爐內(nèi)溫度為820 840°C，小氮流量和干氧流量為O ml/m，大氮流量為 22500 27500ml/m ； 步驟(10)設(shè)定的工藝參數(shù)如下 擴(kuò)散時間為800s，爐內(nèi)溫度為820 840°C，小氮流量為1350 1650 ml/m，大氮流量為 20070 24530ml/m，干氧流量為 1080 1320 ml/m ； 步驟(11)設(shè)定的工藝參數(shù)如下 降溫分布時間為2400s，爐內(nèi)溫度為540 660°C，小氮流量和干氧流量為O ml/m，大氮流量為 36000 44000ml/m ；步驟(12)設(shè)定的工藝參數(shù)如下 取片時間為840s，爐內(nèi)溫度為790 810°C，小氮流量和干氧流量為O ml/m，大氮流量為 22500 27500ml/m ； 其中，步驟(8)中設(shè)定的爐內(nèi)溫度低于步驟(7)中設(shè)定的爐內(nèi)溫度。
2.如權(quán)利要求I所述的擴(kuò)散工藝，其特征在于，所述步驟(2)和(6)的時間為Is。
3.如權(quán)利要求I所述的擴(kuò)散工藝，其特征在于，所述步驟(3)恒溫過程分三步進(jìn)行 第一步設(shè)定的工藝參數(shù)如下 時間為200s，爐內(nèi)溫度為790 810°C，小氮流量和干氧流量為O ml/m，大氮流量為22500 27500ml/m ； 第二步設(shè)定的工藝參數(shù)如下 時間為400s，爐內(nèi)溫度為790 810°C，小氮流量和干氧流量為O ml/m，大氮流量為22500 27500ml/m ； 第三步設(shè)定的工藝參數(shù)如下 時間為400s，爐內(nèi)溫度為790 810°C，小氮流量和干氧流量為O ml/m，大氮流量為22500 27500ml/m。
4.如權(quán)利要求I所述的擴(kuò)散工藝，其特征在于，所述步驟(7)第一次恒溫再分布分兩步進(jìn)行 第一步設(shè)定的工藝參數(shù)如下 時間為800s，爐內(nèi)溫度為840 860°C，小氮流量為O ml/m，大氮流量為21960 26840ml/m,干氧流量為540 660ml/m ； 第二步設(shè)定的工藝參數(shù)如下 時間為500s，爐內(nèi)溫度為840 860°C，小氮流量為O ml/m，大氮流量為21960 26840ml/m,干氧流量為540 660ml/m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)深結(jié)低表面濃度的晶體硅擴(kuò)散工藝，包括如下步驟(1)將硅片送入擴(kuò)散爐；(2)升溫過程；(3)恒溫過程(可根據(jù)設(shè)備調(diào)整為多步恒溫)；(4)第一次擴(kuò)散(低溫沉積)；(5)第一次低溫分布；(6)第一次升溫再分布；(7)第一次恒溫再分布(可根據(jù)設(shè)備調(diào)整為多步恒溫)；(8)第一次降溫再分布；(9)第二次恒溫再分布；(10)第二次擴(kuò)散；(11)第二次降溫再分布；(12)取出硅片。該工藝能夠有效的改善因為溫度濃度差異導(dǎo)致的摻雜不均勻而出現(xiàn)的晶體硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率不穩(wěn)定的問題，提高晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和良品率。
文檔編號H01L21/223GK102903619SQ201210426668
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者成文, 楊曉生 申請人:湖南紅太陽光電科技有限公司