CN110034011A - 一种适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
部分扩散炉设备厂商曾配置了源瓶压力控制计，安装在源瓶的出口位置，其原理是通过压力传感器实时检测源瓶内的压力，根据检测压力值实时调整压力控制计节流阀的开口度，一定程度上实现了源瓶控压的功能，但这种方式技术不成熟，源瓶压力控制计直接安装于源瓶出口，源磷(POCL3)具有强腐蚀性，用氮气(N2)携带磷源(POCL3)经过压力控制计时，压力控制计内部的精密管路结构容易受到腐蚀使得压力控制不准甚至失效，导致压力控制计的使用寿命大幅缩短，压力控制计价格昂贵，更换频繁，使设备维护成本大幅增加。此外，在磷源(POCL3)强腐蚀复杂环境下，压力控制计内部的精密管路有阻塞的风险，容易使源瓶内部压力升高甚至爆裂，引发事故。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统，解决了对现有低压扩散源瓶控压存在的问题，本方法采用旁路补气+分流的思想对扩散炉源瓶内部压力进行控制，此外，在阀瓶进、出气管路采用平衡阀气路设计，通过控制方式的改变，通过引入补气分流的思想，在实现输入源量的控制精度的同时，避免了源POCL3对质量流量控制器的腐蚀，提升输入源量的控制的可靠性，此外，通过平衡阀气路设计，提升了源液输送的可靠性的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：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，所述压力控制器与第二开关阀所连通的管道上设置有压力传感器，所述压力传感器与第二开关阀之间的通管上连通有管道，管道上设置有出气气动阀，所述出气气动阀通过管道与出气手动节流阀的一端连通，所述出气手动节流阀的另一端通过管道连通有反应管，所述出气手动节流阀与反应管之间的管道上连通有补气回路第二质量流量控制器，所述补气回路第二质量流量控制器的一端用过管道与压力控制器的一端连通，所述补气回路第二质量流量控制器与压力控制器之间的管道上通过管道连通有补气回路第一质量流量控制器，所述补气回路第一质量流量控制器通过管道补气回路第一质量流量控制器与补气回路第二质量流量控制器连通；
一种用于低压扩散炉的源压控制方法，源瓶进气和排气管路中设置有进气气动阀和出气气动阀，进气管路和排气管路之间设置有平衡气动阀的连接管路，当工艺通源时，进气和排气管路中的气动阀处于开启状态，配置在进气管路和排气管路之间的平衡气动阀处于关闭状态，氮气N由进气管路进入源瓶，源瓶中的源液挥发通过N携带进入排气回路，再进入扩散炉反应管中，当工艺通源结束时，进气管路和排气管路中的进气气动阀和出气气动阀处于关闭状态，配置在进气管路和排气管路之间的平衡气动阀处于打开状态，使源瓶进口与出口的压强相同，即源瓶进口与出口的压力处于平衡状态，当进气管路和排气管路中的进气气动阀和出气气动阀再次打开时，源瓶进口与出口的压力平衡，带有腐蚀性的源液不会因为源瓶进口与出口的压差而进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，解决了低压扩散工艺过程中频繁出现的源液倒流，导致管路及气动阀频繁腐蚀损坏的问题。
进一步的，所述压力控制器通过PID控制使源瓶内压力保持稳定在常压。
进一步的，所述压力传感器的型号为smcIse300a/z。
进一步的，所述压力控制器的型号为EC5800R E。
进一步的，所述补气回路第一质量流量控制器和补气回路第二质量流量控制器的型号为mks mfc n220slm。
(三)有益效果
本发明提供了一种适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统。具备以下有益效果：
(1)、该适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统，通过平衡气动阀的设置，避免了低压环境下的磷源(POCL3)倒流在源瓶进气管路和排气管路之间设有配置有平衡气动阀的连接管路，使得不通源时源瓶进口与出口的压力处于平衡状态，这样，当进气气动阀和出气气动阀再次打开时，带有腐蚀性的源液不会因为源瓶进口与出口的压差而进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，解决了管路气动阀频繁腐蚀损坏的问题。
(2)该适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统，通过补气回路第一质量流量控制器和补气回路第二质量流量控制器的设置，避免了昂贵精密的质量流量控制器的腐蚀损坏压力控制过程中，补气分流的思想，通过对旁路中的质量流量控制器的控制实现了压力调节，使腐蚀性的源(POCL3)只经过源瓶出气管路，而不通过质量流量控制器，从而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。
(3)、该适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统，通过结构简单，实施简便气路结构简单，适用于减压扩散炉的设计。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1、进气质量流量控制器；2、进气气动阀；3、平衡气动阀；4、源瓶；5、压力传感器；6、出气气动阀；7、补气回路第一质量流量控制器；8、补气回路第二质量流量控制器；9、出气手动节流阀；10、反应管；11、压力控制器；12、第一开关阀；13、第二开关阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种适用于低压扩散炉的源压控制结构，包括源瓶4，所述源瓶4上连接有两根管道，两根管道上分别设置有第一开关阀12和第二开关阀13，两根管道之间连通有通管，通管上设置有平衡气动阀3，一根管道的一端设置有进气气动阀2，管道上设置有进气质量流量控制器1，通管位于第一开关阀12与进气质量流量控制器1之间，所述进气质量流量控制器1的一端通过管道连接有压力控制器11，所述压力控制器11与第二开关阀13所连通的管道上设置有压力传感器5，所述压力传感器5的型号为smcIse300a/z，所述压力传感器5与第二开关阀13之间的通管上连通有管道，管道上设置有出气气动阀6，所述出气气动阀6通过管道与出气手动节流阀9的一端连通，所述出气手动节流阀9的另一端通过管道连通有反应管10，所述出气手动节流阀9与反应管10之间的管道上连通有补气回路第二质量流量控制器8，所述补气回路第二质量流量控制器8的一端用过管道与压力控制器11的一端连通，所述补气回路第二质量流量控制器8与压力控制器11之间的管道上通过管道连通有补气回路第一质量流量控制器7，所述补气回路第一质量流量控制器7和补气回路第二质量流量控制器8的型号为mks mfc n220slm，所述压力控制器11的型号为EC5800R E，所述压力控制器11通过PID控制使源瓶4内压力保持稳定在常压，所述补气回路第一质量流量控制器7通过管道补气回路第一质量流量控制器7与补气回路第二质量流量控制器8连通；
一种用于低压扩散炉的源压控制方法，源瓶4进气和排气管路中设置有进气气动阀2和出气气动阀6，进气管路和排气管路之间设置有平衡气动阀3的连接管路，当工艺通源时，进气和排气管路中的气动阀处于开启状态，配置在进气管路和排气管路之间的平衡气动阀3处于关闭状态，氮气N2由进气管路进入源瓶4，源瓶4中的源液挥发通过N2携带进入排气回路，再进入扩散炉反应管10中，当工艺通源结束时，进气管路和排气管路中的进气气动阀2和出气气动阀6处于关闭状态，配置在进气管路和排气管路之间的平衡气动阀3处于打开状态，使源瓶4进口与出口的压强相同，即源瓶4进口与出口的压力处于平衡状态，当进气管路和排气管路中的进气气动阀2和出气气动阀6再次打开时，源瓶4进口与出口的压力平衡，带有腐蚀性的源液不会因为源瓶4进口与出口的压差而进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，解决了低压扩散工艺过程中频繁出现的源液倒流，导致管路及气动阀频繁腐蚀损坏的问题。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
使用时，扩散工艺过程中，低压扩散反应管10内为负压，源瓶4内压力控制在常压附近(即，需要高于扩散反应管10内压力)，系统工作时，压力传感器5实时检测源瓶4内的压力，压力控制器11根据检测压力值与设定压力值之间的偏差实时调整补气回路第二质量流量控制器8的流量，具体过程为，当检测压力高于设定值时，控制补气回路第二质量流量控制器8流量加大(即内部阀口的开口度增大)，补气回路中通过进气气动阀2后进入排气管路的气体流量减小，使得源瓶4内压力降低；同理，当检测压力低于设定值时，控制补气回路第二流量流量控制器8的流量减小(即内部阀口的开口度减小)，补气回路中通过进气气动阀2后进入排气管路的气体流量增大，源瓶4内压力升高，通过控制系统的作用使源瓶4内压力稳定控制在常压附近，通过增加补气回路第一质量流量控制器7和补气回路第二质量流量控制器8实现源瓶4内部压力的自动调节，压力控制过程中，补气分流的思想，通过对补气回路第一质量流量控制器7和补气回路第二质量流量控制器8的控制实现了压力调节，使腐蚀性的源(POCL3)只经过源瓶4出气管路，从而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。
综上可得，该适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统，通过平衡气动阀3的设置，避免了低压环境下的磷源(POCL3)倒流在源瓶4进气管路和排气管路之间设有配置有平衡气动阀3的连接管路，使得不通源时源瓶4进口与出口的压力处于平衡状态，这样，当进气气动阀2和出气气动阀6再次打开时，带有腐蚀性的源液不会因为源瓶4进口与出口的压差而进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，解决了管路气动阀频繁腐蚀损坏的问题。
另外，该适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统，通过补气回路第一质量流量控制器7和补气回路第二质量流量控制器8的设置，避免了昂贵精密的质量流量控制器的腐蚀损坏压力控制过程中，补气分流的思想，通过对旁路中的质量流量控制器的控制实现了压力调节，使腐蚀性的源(POCL3)只经过源瓶4出气管路，而不通过质量流量控制器，从而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。
并且，该适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统，通过结构简单，实施简便气路结构简单，适用于减压扩散炉的设计。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，需要说明的是，该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220V市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。
Claims (5)
1.一种适用于低压扩散炉的源压控制结构，包括源瓶(4)，其特征在于：所述源瓶(4)上连接有两根管道，两根管道上分别设置有第一开关阀(12)和第二开关阀(13)，两根管道之间连通有通管，通管上设置有平衡气动阀(3)，一根管道的一端设置有进气气动阀(2)，管道上设置有进气质量流量控制器(1)，通管位于第一开关阀(12)与进气质量流量控制器(1)之间，所述进气质量流量控制器(1)的一端通过管道连接有压力控制器(11)，所述压力控制器(11)与第二开关阀(13)所连通的管道上设置有压力传感器(5)，所述压力传感器(5)与第二开关阀(13)之间的通管上连通有管道，管道上设置有出气气动阀(6)，所述出气气动阀(6)通过管道与出气手动节流阀(9)的一端连通，所述出气手动节流阀(9)的另一端通过管道连通有反应管(10)，所述出气手动节流阀(9)与反应管(10)之间的管道上连通有补气回路第二质量流量控制器(8)，所述补气回路第二质量流量控制器(8)的一端用过管道与压力控制器(11)的一端连通，所述补气回路第二质量流量控制器(8)与压力控制器(11)之间的管道上通过管道连通有补气回路第一质量流量控制器(7)，所述补气回路第一质量流量控制器(7)通过管道补气回路第一质量流量控制器与补气回路第二质量流量控制器(8)连通；
一种用于低压扩散炉的源压控制方法，源瓶(4)进气和排气管路中设置有进气气动阀(2)和出气气动阀(6)，进气管路和排气管路之间设置有平衡气动阀(3)的连接管路，当工艺通源时，进气和排气管路中的气动阀处于开启状态，配置在进气管路和排气管路之间的平衡气动阀(3)处于关闭状态，氮气N2由进气管路进入源瓶(4)，源瓶(4)中的源液挥发通过N2携带进入排气回路，再进入扩散炉反应管中，当工艺通源结束时，进气管路和排气管路中的进气气动阀(2)和出气气动阀(6)处于关闭状态，配置在进气管路和排气管路之间的平衡气动阀(3)处于打开状态，使源瓶(4)进口与出口的压强相同，即源瓶(4)进口与出口的压力处于平衡状态，当进气管路和排气管路中的进气气动阀(2)和出气气动阀(6)再次打开时，源瓶进口与出口的压力平衡，带有腐蚀性的源液不会因为源瓶(4)进口与出口的压差而进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，解决了低压扩散工艺过程中频繁出现的源液倒流，导致管路及气动阀频繁腐蚀损坏的问题。
2.根据权利要求1所述的一种适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统，其特征在于：所述压力控制器(11)通过PID控制使源瓶(4)内压力保持稳定在常压。
3.根据权利要求1所述的一种适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统，其特征在于：所述压力传感器(5)的型号为smcIse300a/z。
4.根据权利要求1所述的一种适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统，其特征在于：所述压力控制器(11)的型号为EC5800R E。
5.根据权利要求1所述的一种适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统，其特征在于：所述补气回路第一质量流量控制器(7)和补气回路第二质量流量控制器(8)的型号为mksmfc n2 20slm。
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