[發(fā)明專利]PN結(jié)和SE摻雜一次完成的擴(kuò)散方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310576833.8
• 申請日: 2013-11-18
• 公開（公告）號: CN103560178A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許穎;袁向東;袁瑒
• 申請（專利權(quán)）人: 北京金晟陽光科技有限公司;袁向東;許穎
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;F27B9/30
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標(biāo)代理有限公司 37212
• 代理人: 馬俊榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種PN結(jié)和SE摻雜一次完成的擴(kuò)散方法。

背景技術(shù)

在向Si和GaAs等半導(dǎo)體內(nèi)部摻入施主或者受主雜質(zhì)原子時，因為施主或受主雜質(zhì)原子的半徑一般都比較大，要它們直接進(jìn)入到半導(dǎo)體晶格中去是很困難的，最常采用的技術(shù)是熱擴(kuò)散，高溫會使晶格產(chǎn)生出一些熱缺陷，通過這些熱缺陷的幫助這些雜質(zhì)則較容易地擴(kuò)散、并進(jìn)入到半導(dǎo)體中去，對于熱擴(kuò)散技術(shù)來說，往往都需要較高的擴(kuò)散溫度。

管式擴(kuò)散是熱擴(kuò)散最常用的主要方式之一。管式擴(kuò)散是批次擴(kuò)散，以間歇方式運(yùn)行，每次需要將數(shù)百片被擴(kuò)散物通過人工或特殊的工具垂直放在支架上，推進(jìn)擴(kuò)散爐中、并通入高純氮?dú)夂腿妊趿走M(jìn)行高溫處理，然后冷卻后取出，循環(huán)反復(fù)操作。管式擴(kuò)散的優(yōu)點是密閉操作，擴(kuò)散環(huán)境潔凈度高，電池轉(zhuǎn)換效率高；其缺點是不能連續(xù)化作業(yè)，產(chǎn)能低、擴(kuò)散成本高。同時由于摻雜物質(zhì)擴(kuò)散以氣態(tài)方式預(yù)制在部件表面，擴(kuò)散后方塊電阻與擴(kuò)散爐的熱場分布、被擴(kuò)散物在爐中的位置、爐體進(jìn)氣方式、爐中氣流分布等有關(guān)，造成PN結(jié)方塊電阻在同一部件表面均勻分布存在差異，通常每個部件四周方塊電阻低于中間的方塊電阻，不均勻性在5%以上。另外，管式擴(kuò)散的摻雜物質(zhì)源通常為液態(tài)三氯氧磷，為危險物品，一方面需要嚴(yán)加管理，另一方面要求擴(kuò)散爐必須密封，否則在使用過程中一旦發(fā)生紕漏，可能造成人生安全傷害。

專利EP1010960A1涉及一個用于制備太陽電池的水平鏈?zhǔn)綌U(kuò)散爐,加熱方式是紅外加熱，其中是用一定濃度的磷酸溶液替代危險的液態(tài)三氯氧磷均勻噴涂到硅片上，再將硅片在鏈?zhǔn)綌U(kuò)散爐中高溫處理生成PN結(jié)，其指明硅片可以采用金屬網(wǎng)帶傳送，金屬爐帶在使用過程中容易使被擴(kuò)散物受到金屬雜質(zhì)的污染，還由于連續(xù)化設(shè)備爐內(nèi)環(huán)境氣氛潔凈度不容易保證等原因，這種鏈?zhǔn)綌U(kuò)散爐制備的太陽電池效率比管式擴(kuò)散方式制備的太陽電池的效率低0.1-0.2%，在傳輸過程中，硅片易跑偏，碎片率較高，當(dāng)傳送帶離開爐體時，還會將熱量帶走，設(shè)備耗能高。該專利也介紹了一種用高純陶瓷輥道代替鎳鉻合金金屬網(wǎng)帶傳輸電池片的方法，其描述的輥軸至少一部分由一系列透明輥軸連續(xù)排列組成，輥軸帶有驅(qū)動可自行旋轉(zhuǎn)，并按部件行進(jìn)方向同步轉(zhuǎn)動，部件可通過輥軸的摩擦力從一個輥軸運(yùn)動到另一個輥軸。但該專利沒有涉及如何保持爐內(nèi)環(huán)境氣氛的潔凈度來保證擴(kuò)散效果的問題，并且該設(shè)備沒有SE功能。

專利CN1602554A闡述了一種烘箱，用于由半導(dǎo)體材料制成的光電裝置，其特點是半導(dǎo)體材料的傳輸通過一系列陶瓷材料制成的輥子實現(xiàn)且輥子繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)，作為一個對半導(dǎo)體材料進(jìn)行熱處理的連續(xù)化生產(chǎn)設(shè)備，該專利同樣沒有涉及如何保持爐內(nèi)環(huán)境氣氛的潔凈度來保證使用效果的問題，該設(shè)備也沒有SE功能。

選擇性發(fā)射極(selective?emitter簡稱SE)就是在發(fā)射極電極下硅表面上制作一個高摻雜濃度區(qū)域，金屬電極制作在高濃度區(qū)域上，其他區(qū)域為低濃度區(qū)。用這種結(jié)構(gòu)制作的硅太陽電池就是選擇發(fā)射區(qū)電池，高摻雜區(qū)使金屬和半導(dǎo)體的接觸電阻下降，從而提高填充因子，低摻雜區(qū)提高電池的短路電流，因而可以提高電池的轉(zhuǎn)換效率，比無SE電池的轉(zhuǎn)化效率高1%以上。新南威爾士大學(xué)轉(zhuǎn)換效率世界第一的PERL電池就是一種SE電池，它采用的是實驗室工藝，即在熱氧化的硅片上采用光刻技術(shù)制備SE窗口后采用熱擴(kuò)散形成高摻雜區(qū)，再酸洗掉氧化層后重新熱擴(kuò)散形成低摻雜區(qū)，一個SE電池需要幾次氧化、光刻和擴(kuò)散過程，大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中很難推廣。

還有一種SE制備工藝是將高濃度磷漿如電極柵線狀印刷到硅片表面，然后將硅片放入常規(guī)擴(kuò)散爐中進(jìn)行擴(kuò)散。高濃度磷漿在擴(kuò)散過程中從印刷區(qū)揮發(fā)沉積到非印刷區(qū)，但這樣揮發(fā)沉積得到的磷濃度過低，很難達(dá)到SE和低濃度區(qū)的擴(kuò)散要求，需要在擴(kuò)散時，通入氮?dú)夂腿妊趿讱怏w作為磷源的補(bǔ)充，因為使用了三氯氧磷，所以只能在密閉的管式擴(kuò)散爐中完成。這種SE的制備技術(shù)需要在常規(guī)擴(kuò)散之前增加一道磷漿印刷工序、并且不能實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。

由以上可知，現(xiàn)有技術(shù)存在PN結(jié)和SE摻雜不能一次完成、連續(xù)化擴(kuò)散設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率低、以及連續(xù)化擴(kuò)散設(shè)備難以保證擴(kuò)散環(huán)境氣氛的潔凈度等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種PN結(jié)和SE摻雜一次完成的擴(kuò)散方法。該方法不但有效解決PN結(jié)和SE摻雜一次完成的問題，實現(xiàn)PN結(jié)和SE摻雜工藝的連續(xù)化生產(chǎn)，而且還解決連續(xù)化生產(chǎn)過程中擴(kuò)散環(huán)境氣氛的潔凈度問題。