[發明專利]一種減壓擴散爐反應管的密封裝置

有效

• 申請號: 201410091791.3
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103866393A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 劉良玉;曹騫;陳暉;蘇衛中;楊曉生;童暉
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十八研究所
• 主分類號: C30B31/06
• 分類號: C30B31/06
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明屬于電子半導體工藝特別是晶體硅太陽能電池生產專用裝備領域，具體為一種減壓擴散爐反應管的密封裝置。

背景技術

擴散工藝的主要用途是在高溫條件下對半導體晶圓進行摻雜，從而改變和控制半導體內雜質的類型、濃度和分布，以便建立起不同的電特性區域。在太陽能晶硅電池制造工藝中，常采用熱擴散工藝制備PN結，即在加熱條件下將Ｖ族雜質元素磷摻入P型硅或將III族雜質硼摻入N型硅中，PN結特性對于太陽能電池的轉換效率有重要影響，是太陽能電池性能的決定性因素之一。隨著太陽能電池向高效方向發展，硅片表面摻雜濃度不斷降低，PN結的結深越來越淺，方塊電阻從40到100Ω/口不斷增加，未來的高效晶體硅太陽能電池正在向淺結擴散的方向發展。目前傳統的太陽能生產線主要采用常壓擴散工藝，即擴散過程中，擴散爐工作腔內壓力保持常壓或微正壓，常壓擴散工藝對擴散爐工作腔的密封性要求低，無需可靠的密封結構，甚至可直接采用非密閉爐管結構，技術較為簡單，然而，隨著結深的不斷變淺，常壓擴散對硅片摻雜均勻性的控制越來越差，難以制備高質量的淺結PN結，此外，常壓擴散中化學品的吸收率低，消耗量大，已經很難滿足太陽能電池高效、低成本發展的技術要求。

隨著擴散技術的不斷進步，研究人員發現降低擴散爐工作腔內的氣壓會提高擴散爐管內氣流的均勻性，避免湍流產生，從而提高擴散的均勻性，據報道，目前，國外先進的減壓擴散技術可使晶體硅電池在高至150Ω/sq的方塊電阻范圍內仍具有優異的擴散均勻性，為晶體硅太陽能電池效率的進一步提高奠定了基礎。此外，減壓擴散還有諸多優點，例如隨著方阻均勻性的提高，裝片石英舟槽間距設計可由目前標準的4.72mm降為標準值的一半左右2.38mm，甚至可降至2mm以下，這樣帶來的效果是在設備體積不變的情況下產能大幅提升。另外，采用減壓工藝以后，擴散過程化學品的吸收效率大幅提高，可大大降低工藝過程中化學品的用量，節省成本。鑒于減壓擴散所具有的高均勻性、高產能、和低消耗的優勢，減壓式擴散爐能夠在低成本和小占地面積的情況下生產高品質的太陽電池，為晶體硅太陽電池擴散工藝設定了全新標準，是未來擴散工藝發展的趨勢。目前在國內還沒有減壓擴散設備的報道，相關研究文獻報道也很少，減壓擴散設備關鍵技術作為技術和商業秘密掌握于國外少數幾家大公司，而國內產品尚屬空白，突破減壓擴散設備核心技術，對于打破國外技術壟斷，實現設備國產化，進一步降低光伏發電成本，推動產業發展具有重要意義。

擴散爐反應管在爐口設有爐門，爐門在驅動機構的作用下可打開和關閉，擴散工藝前，爐門打開，送料機構（送料漿）將載有硅片的石英舟送入爐管內，然后送料漿退出，爐門關閉，接著進行電加熱和輸送工藝氣體，開始擴散工藝過程。減壓擴散反應管的壓力為負壓，工藝過程中反應管的密封性要求極高，如果密封不良，一方面可能無法形成減壓擴散所需要的低壓環境，不能滿足工藝的負壓條件要求；另一方面，在外部大氣壓力作用下，反應管外氣體、雜質等可進入反應管中，嚴重影響ＰＮ結制備的質量，導致產品報廢。所以工藝過程中需對擴散爐反應管進行嚴格密封，而對反應管實施密封時需要考慮反應管的高溫環境，如在三氯氧磷擴散過程中，需通過加熱將擴散爐工作腔內溫度升至850-900度，而采用固態氮化硼擴散時，擴散溫度更高，爐內溫度達到950-1000度，而密封圈可承受的最高溫度一般為300-400度，在如此高的溫度環境下，密封圈直接跟爐管接觸很容易因溫度過高而熔化損壞，導致密封失效，所以在實現高溫擴散爐工作腔密封時需要考慮到工作環境的特殊性，即需要考慮密封結構的耐高溫設計，如何實現減壓擴散爐反應管在低壓、高溫環境下的可靠密封，是減壓擴散爐設備的關鍵技術之一。?

發明內容

本發明的目的在于，針對現有技術的不足，提供一種減壓擴散爐反應管的密封裝置，通過組合式的密封結構實現爐管軸向和徑向的密封，實現減壓擴散爐反應管在低壓、高溫環境下的可靠密封。