[发明专利]晶体硅电池的低压扩散工艺

说明书

技术领域

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低压扩散炉扩散片间均匀性和电池性能稳定性的扩散工艺。

背景技术

在晶体硅电池产业化方面，通常采用高温扩散法制备PN结，而产业化制备片间、片内均匀性好的高方阻发射极是提高电池转换效率和电性能稳定性的重要途径，不仅可从整体上提高扩散工艺优化空间，而且可降低电池效率分档数量。随着高方阻浆料不断开发成功过，提高发射极的方块电阻值大小、掺杂浓度纵向分布一致性及片间均匀性已成为提高电池产业化竞争力的重要手段。

目前主要以常压高温扩散方式制备PN结，但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，无法保证片内及片间均匀性及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。

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，即利于提高片内、片间均匀性。

采用三氯氧磷(POCl₃)为液态源，利用真空泵抽真空，在低气压条件下进行高温扩散制备PN结，方阻值大小、掺杂纵向浓度分布一致性和片内、片间均匀性是低压扩散炉扩散特性最主要表征手段。传统低压扩散工艺，由于磷源固定从尾部送气，依靠大氮携带通过整个炉管到达炉口，管口通过真空泵抽真空达到低气压状态，不可避免的导致磷源浓度一端浓度高、另一端浓度低的现象，即炉口磷源分布偏低，这样易造成导致片间扩散方阻大小不均匀。由于扩散磷源流量和低气压值大小直接决定炉口、炉尾磷源浓度差大小，可通过降低气压改善炉口和炉尾磷源浓度差。但是气压值越小，对真空泵要求越苛刻，会降低真空泵的使用寿命。若单纯采用温度补偿方式解决整管片间扩散方阻大小均匀性问题，由于磷源浓度较低，管口温度通常比管尾高20℃以上，从炉尾到炉口温度呈现梯度式分布导致了炉管内热量的扰动，很难提高片间扩散掺杂纵向浓度分布一致性，使得硅片内掺杂均匀性受到严重制约，不利于电池后续工艺的改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种提高扩散片间均匀性，降低炉口温区温度，即提高扩散管各温区温度一致性、解决扩散炉炉口方阻大幅度波动问题、提高真空泵使用寿命、降低扩散工序生产成本的低压扩散工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种晶体硅电池的低压扩散工艺，包括以下步骤：

(1)扩散前高温氧化：高温氧化硅片，在硅片表面预生长一层纳米级厚度的SiO₂；

(2)低压扩散：采用分步扩散法制备PN结，具体扩散步骤如下：

(2.1)低压预扩散，工艺参数为：炉内压强为50mbar～100mbar，扩散温度为750℃～780℃；扩散时间为100sec～200sec；大氮流量为10000ml/min～15000ml/min；小氮流量为500ml/min～700ml/min；氧气流量为500ml/min～2000ml/min；

(2.2)升温推进，工艺参数为：升压至1000mbar，温度升至800℃～820℃，推进时间为300sec～600sec，大氮流量为1000ml/min～10000ml/min，小氮流量0ml/min，氧气流量0ml/min；

(2.3)低压扩散，工艺参数为：抽低压至250mbar～600mbar后开始低压扩散，扩散温度为800℃～820℃；扩散时间为300sec～600sec，大氮流量为2000ml/min～3000ml/min；氧气流量为100ml/min～300ml/min；小氮流量为100ml/min～200ml/min；

(3)退火：进行退火以修复晶格并排除杂质。

上述的晶体硅电池的低压扩散工艺，优选的，所述步骤(1)中，在恒温恒压条件下进行高温氧化，工艺参数为：压强为50mbar～120mbar；氧化温度为760℃～780℃；氧化时间为120sec～240sec；大氮流量为10000ml/min～15000ml/min；氧气流量为500ml/min～1000ml/min。