[發(fā)明專利]利用極低質(zhì)量運(yùn)送系統(tǒng)的擴(kuò)散爐及晶圓快速擴(kuò)散加工處理的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080008230.2
• 申請(qǐng)日: 2010-04-16
• 公開（公告）號(hào): CN102356458A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 理查·W·帕克斯;路易斯·阿雷安卓·芮加希亞;彼得·G·拉給
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: TP太陽能公司
• 主分類號(hào): H01L21/677
• 分類號(hào): H01L21/677
• 代理公司: 北京銀龍知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11243
• 代理人: 許靜;姜精斌

技術(shù)領(lǐng)域

加工處理太陽能電池晶圓的連續(xù)輸送擴(kuò)散爐是用于借著使用在900-1100℃的范圍內(nèi)的輻射或/及紅外線燈加熱來導(dǎo)致P及/或B參雜物成分?jǐn)U散到晶圓的硅(或其他先進(jìn)材料)之中，而產(chǎn)生p-n接面的表面層或/及背表面電場(chǎng)層。更具體地說，本發(fā)明是針對(duì)一種太陽能電池?cái)U(kuò)散爐，其具有一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)火區(qū)域以及一個(gè)超低質(zhì)量、低摩擦的運(yùn)送系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，晶圓是支撐在氧化鋁管上，其較佳地包括有支座突出部來將晶圓隔開于管的上方。?

背景技術(shù)

制造以硅為基礎(chǔ)的太陽能電池需要許多特定順序的特別處理，其是以在結(jié)晶成長(zhǎng)爐之中成長(zhǎng)的單結(jié)晶硅鑄塊或是在方向性“凝結(jié)”爐中鑄造成多結(jié)晶鑄塊開始。硅的薄切片是用從鑄塊是用“線鋸”被橫向地切削，用以形成粗制的太陽能電池晶圓。粗制切削晶圓接著被加工處理以形成光滑的150到330μm厚的裸晶圓，目前的典型厚度是140到180μm。?

這些裸晶圓是加工處理成有作用的太陽能電池，能夠借著光電伏打效果來產(chǎn)生電力。晶圓加工處理是以稱作擴(kuò)散的2階段處理程序開始，用以創(chuàng)造出半導(dǎo)體“p-n”，接面二極管，繼之以一個(gè)第三金屬化處理程序，在其中鋁的糊狀物涂層是以網(wǎng)板印刷在晶圓的前側(cè)以及背側(cè)上，并且接著被擊發(fā)于p-n接面或是背側(cè)的接觸層之中，在此處它們是作分別用如同歐姆集極以及接地。?

擴(kuò)散處理廣泛地來說包含有二個(gè)階段：涂敷(涂層)及干燥選擇的參雜材料于晶圓前側(cè)及/或背側(cè)的第一階段，繼之以擊發(fā)晶圓的第二階段，用以導(dǎo)致參雜物擴(kuò)散到硅(或是其他先進(jìn)材料)晶圓基板之中，用以形成p-n接面層或是背側(cè)的接觸層。?

擴(kuò)散是在存在有各種P供應(yīng)源的情況下在高溫下發(fā)生。參雜有P的硅形?成了PV電池的“射極”層，也就是在暴露于陽光(一般的光子源)時(shí)發(fā)射出電子的層。這些電子是由網(wǎng)版印刷金屬接觸器的微細(xì)網(wǎng)狀物所收集，所述接觸器被一個(gè)金屬化爐燒結(jié)在電池的表面之中。?

P是透過高溫?cái)U(kuò)散處理而被驅(qū)入晶圓之中，該高溫?cái)U(kuò)散處理目前一般來說是持續(xù)20到30分鐘。在擴(kuò)散以及各種清潔之后，激光邊緣燒蝕以及蝕刻加工處理是用來從晶圓側(cè)邊移除不想要的半導(dǎo)體接面，晶圓是被涂層以抗反射的涂層，一般來說是氮化硅(SiN₃)。?

在金屬化期間，后側(cè)表面是完全以鋁基糊狀物所覆蓋，而前方或是頂部表面則以連接到較大總線導(dǎo)體的銀基線的微細(xì)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)版印刷，用以“收集”在位于下方的參雜硅射極或是接近表面的參雜區(qū)域之內(nèi)所產(chǎn)生的電子。在干燥這些糊狀物之后，它們是被“共同發(fā)射(co-fired)”。背側(cè)表面的鋁糊狀物是形成合金，前方表面的糊狀物則是在高速以及高溫下在輸送器類型的金屬化爐之中被燒結(jié)，用以在太陽能電池的前方表面上形成光滑的、低歐姆阻力的導(dǎo)體。?

目前可以取得的用于擴(kuò)散射擊處理程序的IR輸送爐具有一個(gè)長(zhǎng)的、隔熱的加熱容室，在該加熱容室之中，多個(gè)紅外線燈大致上是在晶圓運(yùn)送系統(tǒng)(金屬線網(wǎng)輸送帶或是陶瓷滾子運(yùn)送器)上方及下方均勻地分隔開(一般來說分開1.5英寸)。紅外線(IR)燈將進(jìn)入的硅晶圓溫度增加到大約700℃到950℃。此溫度是保持30分鐘的擴(kuò)散加工處理持續(xù)時(shí)間，在此之后，冷卻及轉(zhuǎn)移晶圓到下一個(gè)下游的處理操作以及設(shè)備。?

目前可以取得的擴(kuò)散爐一般來說利用以下二種類型晶圓運(yùn)送系統(tǒng)的其中一種：1)多個(gè)靜態(tài)的(非縱向移動(dòng)的)、實(shí)心陶瓷、旋轉(zhuǎn)滾子；或是2)活動(dòng)的(縱向地移動(dòng))金屬線網(wǎng)輸送帶，用以運(yùn)送晶圓通過爐的點(diǎn)火區(qū)域。為了要將晶圓背側(cè)表面的金屬污染降低到最低程度或是加以防止，靜態(tài)的、陶瓷旋轉(zhuǎn)滾子爐目前是較佳的。?

典型的傳統(tǒng)式擴(kuò)散爐是在400英寸長(zhǎng)的規(guī)模，具有160個(gè)36英寸寬的紅外線燈放置在滾子上方，從100到160個(gè)放置在下方。運(yùn)送滾子的總質(zhì)量是在800英磅的規(guī)模，并且被歸類為高質(zhì)量的運(yùn)送系統(tǒng)。?

在如此的高質(zhì)量、靜態(tài)、固體、旋轉(zhuǎn)滾子的擴(kuò)散爐中，紅外線燈是用掉大?量的時(shí)間來將擴(kuò)散爐容室?guī)У?00℃到950℃范圍的擴(kuò)散溫度。操作原理顯然是由于由一個(gè)具有實(shí)質(zhì)熱容量的大型熱質(zhì)量所提供的熱反轉(zhuǎn)，經(jīng)加熱的滾子質(zhì)量有助于將擴(kuò)散爐從頭到尾保持在更加均勻的溫度。如此的擴(kuò)散爐系統(tǒng)在短期來看是被認(rèn)為如果遍及擴(kuò)散爐各處的話，是能夠補(bǔ)償一個(gè)或數(shù)個(gè)紅外線燈的故障，這是因?yàn)闊岬臐L子是透過傳導(dǎo)及對(duì)流繼續(xù)提供熱。滾子下方的紅外線燈將滾子保持在熱的狀態(tài)，并且晶圓與滾子的接處可以借著熱接觸的傳導(dǎo)幫助轉(zhuǎn)移熱到晶圓。由于在入口以及出口處的滾子并沒有被與在擴(kuò)散爐中心中的那些燈相同數(shù)目的燈所加熱，運(yùn)送器有的熱的量變曲線是在入口處上升并且在出口處下降。?