[發明專利]一種n型硅片熱處理方法

在審

• 申請號: 201610133650.2
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105624795A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 劉正新;祝方舟;王棟良;劉金寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: C30B33/02
• 分類號: C30B33/02;C30B29/06;H01L31/18
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 唐棉棉

本發明提供一種n型硅片熱處理方法，所述熱處理方法至少包括：提供待處理的n型硅片，將所述n型硅片置于具有一定溫度的熱處理爐中，升溫至一定值，往所述熱處理爐中通入氧氣，并且向所述n型硅片表面提供含有n型摻雜元素的擴散劑，以在所述n型硅片表面形成氧化硅層和n型摻雜層，熱處理完成后去除所述氧化硅層和n型摻雜層。本發明的n型硅片通過熱處理之后，可以降低n型硅片中由雜質元素的濃度和熱應力產生的復合中心，提高n型硅片的質量、均勻性以及n型硅片中載流子的壽命，從而提高太陽電池的轉換效率。

技術領域

本發明涉及半導體材料中的硅材料領域，特別是涉及一種n型硅片熱處理方法。

背景技術

硅材料是半導體技術的基礎，晶體硅片的制作是所有硅基半導體器件的基本材料，其質量直接影響半導體器件的性能。晶體硅片的主要技術指標除電阻率外，還包括缺陷和位錯密度，雜質濃度等，其電學性質受制作過程中的熱應力和雜質元素所引起的載流子復合中心的影響。隨著硅片尺寸不斷擴大，硅片制作過程中的熱場分布以及由此產生的熱應力越來越難以控制，由此可能產生各種晶體缺陷和位錯，形成載流子復合中心，最終影響半導體器件的性能。

單晶硅一般由直拉法(CZ法)和區熔法(FZ法)兩種方法制備。在CZ法中使用高純度石英坩堝作為容器，硅原材料在高溫下溶解后會與石英反應產生氧原子融于硅中，氧原子通常結合在兩個硅原子之間的晶格位置，也就是通常所說的間隙氧，其濃度大約為1x1018cm-3，相當于在1250度硅中的氧原子的固溶度。因此，在低于這個溫度的條件下，硅片中的間隙氧原子總是處在過飽和狀態，只要硅片處在氧原子能夠移動的溫度，氧原子就會產生析出，或者形成團簇沉淀(Cluster segregation)，團簇的形態和性質受溫度的影響而異，甚至形成各種形態的熱施主(Thermal Donor)，這些熱施主在硅片使用過程中受工藝溫度的影響發生改變，對半導體器件的工藝控制和器件性能產生影響。尤其在n型硅片，由于n型摻雜元素的偏析系數(segregation coefficient)很小，在同一個硅錠中摻雜元素的濃度分布差異大，導致硅片之間的電阻率差異大，從而影響硅片的電學性質的均勻性。

太陽能光伏是一種新能源技術，太陽能光伏電池是直接把太陽光能轉化成電能的能量轉化器件，也是一種泛半導體技術。在不同場合，不同教科書中，對其稱呼也稍有差異，例如，英文中一般稱為“Solar cell”，也有稱之為“Photovoltaic cell”，或者“Photovoltaic solar cell”，中文中對應的名詞為“太陽電池”，“光伏電池”，“光伏太陽能電池”等，這些名詞只是說法不一，內容和本質完全相同。本發明中，選擇“太陽電池”作為專業名詞，對應英文中的“Solar cell”。

太陽電池因材料和結構而異具有多種類型，例如，晶體硅太陽電池，薄膜硅太陽電池，銅銦鎵硒太陽電池等。晶體硅太陽電池中由于硅片結構的差異又分為單晶硅太陽電池和多晶硅太陽電池。為了提高晶體硅太陽電池的轉換效率，又出現了晶體硅與非晶硅薄膜結合的異質結太陽電池，也就是通常所說的晶體硅異質結太陽電池，對應英語中的Heterojunction with intrinsic thin layer，簡稱為SHJ太陽電池，取自Siliconheterojunction solar cell。

在太陽電池中，由于硅材料的純度比半導體用的硅材料低，通常為7-9N，也就是雜質濃度相對較高，雜質主要為以鐵為代表的過渡金屬(Transition metals)，這些金屬在硅中形成深能級，捕捉載流子，降低硅片的載流子壽命以及太陽電池的轉換效率。同時，由于直拉單晶中設備及工藝的限制，硅片中的氧含量也相對較高，氧含量的分布更容易受工藝和熱場的影響形成不均勻分布，影響太陽電池的性能以及各個電池片之間的均勻性，具有代表性的現象是“同心環”，“黑心硅片”等，同樣降低硅片的載流子壽命以及太陽電池的轉換效率。