[发明专利]一种适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种适用于低压扩散炉的源压控制结构，包括源瓶，所述源瓶上连接有两根管道，两根管道上分别设置有第一开关阀和第二开关阀，两根管道之间连通有通管，通管上设置有平衡气动阀，一根管道的一端设置有进气气动阀，管道上设置有进气质量流量控制器，通管位于第一开关阀与进气质量流量控制器之间，所述进气质量流量控制器的一端通过管道连接有压力控制器。该适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统，解决了管路气动阀频繁腐蚀损坏的问题，避免了昂贵精密的质量流量控制器的腐蚀损坏，避免了质量流量控制器因内部的精密管路结构受到腐蚀使得压力控制不准甚至失效的问题，大幅延长了其使用寿命，降低了设备维护成本。

技术领域

本发明涉及电子半导体工艺技术领域，具体为一种适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统。

背景技术

扩散工艺广泛应用于半导体和光伏领域，主要用途是在高温条件下对半导体晶圆进行掺杂，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。以常见的P型太阳能硅片为例，为制成所需的PN结，通常在高温条件下利用磷源扩散在P型硅片上形成N型层。扩散工艺实施时，用一定流量的惰性气体N2，通过装有磷源(POCL3)的源瓶，利用磷源易挥发的特点，通过鼓泡方式将源磷以气体的方式携带进入扩散炉反应管中，在反应管高温环境下，磷源(POCL3)(>600℃)分解生成五氯化磷(PCL5)和五氧化二磷(P2O5)，其反应如下：

5POCL₃→3PCL₅+P₂O₅

生成的五氧化二磷(P2O5)在高温下与硅反应，生成二氧化硅(SIO2)和磷原子，磷原子在高温条件下向硅片内扩散形成PN结。

2P₂O₅+5Si＝5SiO₂+4P↓

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。扩散工艺过程中，输入源量的控制直接影响PN结性能，所以现代扩散工艺过程中对输入源量的控制要求越来越精细和准确。

扩散过程输入源量与源瓶内磷源温度、源瓶内压力、携带气体N2的流量等影响因素息息相关，是扩散工艺控制的关键。传统太阳能生产线主要采用常压扩散工艺，即扩散过程中，扩散炉反应管内为常压，源瓶内压力也保持在大气压，对于输入源量的控制主要集中在磷源的温度控制及携带N2的流量控制上，控制方式较为简单。随着太阳能电池向高效、低成本方向发展，硅片表面掺杂浓度不断降低，扩散PN结的结深越来越浅，方块电阻从40到100Ω/口不断增加，常压扩散已难以满足晶体硅太阳能电池扩散方阻均匀性的技术要求，为了适应扩散技术的发展，具有扩散均匀性好，产能高等优点的低压扩散应运而生。低压扩散的特点是扩散反应管内为低压环境，扩散杂质分子的自由行程更长，具有高扩散均匀性、高产能和低消耗的优势，是未来扩散工艺的发展趋势。由于低压扩散设备的反应腔中为低负压，工艺过程中源瓶内也会产生低负压，直接进行等量载气N2输入时，由于源瓶内的负压环境，磷源(POCL3)挥发加剧，进入反应管的携带源量会大幅增加，使扩散晶片的方阻降低，且在源瓶内的低负压环境下，载气N2的流量波动会对输入源量波动产生放大效应，即输送载气N2的流量波动容易产生输入源量的大幅波动大、导致扩散方阻不稳定，成品率低等问题。因此有必要对源瓶内的源(POCL3)进行控制，使源压稳定在常压附近。此外，源瓶内部的低负压环境使其内部压力低于源瓶进气管道和排气管道，当进气或排气管路中的气动阀打开时，带有腐蚀性的源液会因为源瓶进口与出口的压差很容易过量入进气或排气管路导致进气管路或排气管路的气动阀腐蚀损坏。