[发明专利]一种单晶硅片降低电阻值的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单晶硅片降低电阻值的处理方法，特别是一种太阳电池所用的单晶硅片降低电阻值的处理方法。

背景技术

单晶硅片是半导体行业与太阳能光伏行业常用的一种无机材料。单晶硅片在半导体行业，用于制备集成电路。在太阳能光伏行业，它是太阳能电池的重要材料。这两个行业，对单晶硅片性能指标要求不同，前者要求很高。本发明涉及的是太阳电池所用的单晶硅片，其对单晶硅片的导电类型、少子寿命、位错密度、电阻率、氧碳含量等电性能皆有一定的指标要求。其中，对P型单晶硅片电阻率的要求值为：0.5-3Ω·cm（掺硼时）；0.5-6Ω·cm（掺镓时）。由于拉制单晶棒时，温度场以及多晶硅原料所含元素的差异，单晶硅片电阻率大于0.5-3Ω·cm数值达到3-6Ω.cm，影响其应用。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种单晶硅片降低电阻值的处理方法，可有效降低硅片的电阻率，具有工艺简单、效果好的特点，且节能、成本低。

实现上述目的而采取的技术方案，包括步骤如下：

1）选料，选择厚度为200±20μm，中心电阻率3-6Ω.cm，棱线边缘电阻率1-3Ω.cm，采用直拉式单晶炉制备的P型太阳能级单晶硅片；

2）装料，硅片承载架底层放置2片平整的单晶硅片，然后放置10-50片待处理单晶硅片，在其上面放置2片平整的单晶硅片，然后用抓钳推进电阻炉内平放；

3）热处理，热处理温度设置为500-600℃，加热退火时间为15-20min；

4）空气冷却，电阻率超标的单晶硅片，在500-600℃温度场中，放置15-20min后，用抓钳取出放置在室温自然环境中空气冷却；

5）测试比较，单晶硅片冷却至室温，表面洁净后用hennecke硅片分选机进行测试，电阻率回到0.5-3Ω·cm时，证明退火成功。

与现有技术相比，本发明的优点在于，由于采用了热处理的工艺方法，因而可有效降低硅片的电阻率，具有工艺简单、效果好的特点，且节能、成本低。

具体实施方式

包括步骤如下：

1）选料，选择厚度为200±20μm，中心电阻率3-6Ω.cm，棱线边缘电阻率1-3Ω.cm，采用直拉式单晶炉制备的P型太阳能级单晶硅片；

2）装料，硅片承载架底层放置2片平整的单晶硅片，然后放置10-50片待处理单晶硅片，在其上面放置2片平整的单晶硅片，然后用抓钳推进电阻炉内平放；

3）热处理，热处理温度设置为500-600℃，加热退火时间为15-20min；

4）空气冷却，电阻率超标的单晶硅片，在500-600℃温度场中，放置15-20min后，用抓钳取出放置在室温自然环境中空气冷却；

5）测试比较，单晶硅片冷却至室温，表面洁净后用hennecke硅片分选机进行测试，电阻率回到0.5-3Ω·cm时，证明退火成功。

其原理是：在单晶生产中，单晶硅片体内不可避免的会有一定量的氧含量（以一氧化硅SiO形式存在）。如果拉晶工艺比较成熟，单晶会很长，则单晶头部必然处于低温（450℃-500℃）下很长时间。长时间处在这样的温度下，SiO会转变成SiO_4,即称之为氧施主（N型）。单晶头部中心处的氧含量较边缘高，且处于低温下的时间也较长，所以中心部位还有较多的氧施主。由于单晶本身是P型的，因为P-N的补偿作用，中心部位的电阻率就偏高一些，经过退火后，SiO₄重新分解成SiO，硅片中心处的电阻率就降低到接近边缘处的电阻率。

氧碳是太阳能电池材料直拉单晶硅的主要杂质，溶解的氧经对流和扩散传输到晶体-熔体界面或自由表面，熔体中多数氧在熔体自由表面蒸发，余下的氧则通过晶体-熔体界面的分凝渗入晶体内。原子氧在硅中通常位于填隙位置，与两个相邻硅原子以共价键的形式结合，组成一个非线性Si-O-Si分子，它在硅中浓度一般为（5-10）*10¹⁷ atm/cm³。在不同热处理条件下，氧在硅中呈现及其复杂的热行为，会形成氧施主、氧沉淀等现象。对太阳电池用单晶硅片进行退火热处理，改善了单晶硅片的电学性能参数，使其电阻率回到正常值范围。 

直拉单晶硅片体内产生的各种氧沉淀及其二次缺陷形成的复合中心，经过退火的热处理过程会经过结构的重组形成络合物，有效降低了硅片的电阻率。

退火处理其出发点是：因金属杂质元素轻微超标而导致电阻率出现分布不均的硅片，退火处理就是消除此类异常硅片电阻率分布不均匀的现象，使硅片符合太阳能电池片生产要求。