CN111206238A - 一种用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式pecvd装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置，包括：沉积炉管，其内部中空并在两端敞开以形成位于其内部的沉积反应室；石墨舟托架，其设于所述沉积反应室中；石墨舟，其被送入沉积反应室后由所述石墨舟托架所承托；以及设于所述沉积反应室顶部的笑气喷淋管，其中，所述笑气喷淋管的一端敞开以形成注气口，所述笑气喷淋管中设有从所述注气口出发沿着笑气喷淋管的长度方向延伸的气路，所述笑气喷淋管的侧面开设有若干个沿其长度方向布置的喷淋孔，所述喷淋孔连通所述笑气喷淋管的内外。根据本发明，其通过将笑气喷淋管穿过炉门法兰后来将笑气均匀喷淋至石墨舟上方，不仅能够确保工艺钝化效果的稳定性，而且处理方法多样化。

Description

一种用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置
技术领域
本发明涉及太阳能光伏电池制造领域，特别涉及一种用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置。
背景技术
隧穿氧钝化发射极太阳电池(TOPCon)是2013年由德国弗兰霍夫研究所提出的一种新型硅太阳电池，是一种通过氧化硅和掺杂多晶硅实现全面积高效钝化和载流子收集的电池器件。目前可分为两类：p型TOPCon(硼(B)掺杂多晶硅和氧化硅层)和n型TOPCon(磷掺杂多晶硅和氧化硅层)，其中，氧化硅的制备方法包括湿化学氧化法(HNO3，Ozone water，Mixed acid)和气相氧化法(O3 gas，Plasma N2O，Thermal oxidation)，而Plasma N2O(笑气)法则可通过板式PECVD和管式PECVD装置制备氧化硅。
板式PECVD系统：即将多片硅片放置在一个石墨或碳纤维支架上，放入一个金属的沉积腔室中，腔室中有平板型的电极，与样品支架形成一个放电回路，在腔室中的工艺气体在两个极板之间的交流电场的作用下在空间形成等离子体，分解笑气沉积到硅表面。实验室采用平板PECVD制备的超薄氧化硅，其厚度存在一定程度的波动。
管式PECVD，区别于板式PECVD，镀膜过程中，使用电阻炉作为加热体，将硅片插在一个可以放置多片硅片的石墨舟中，由SiC桨送入石英炉管内进行镀膜。管式PECVD所用的电源既可以是低频电源也可以是射频电源，同时一次可以放入大量硅片生长氧化硅，极大的提高工业生产效率。
在研究和实现氧化硅沉积的过程中，发明人发现现有技术中的管式PECVD装置至少存在如下问题：
采用管式PECVD的等离子体辅助笑气氧化技术制备的超薄氧化硅，由于管体大，气流从沉积炉管的一端引入，在反应过程中，管内不同区域的笑气浓度分布不均匀，更进一步放大氧化硅厚度的波动，影响整体工艺的钝化效果的稳定性。
有鉴于此，实有必要开发一种用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置，用以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的主要目的是，提供一种用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置，其通过将笑气喷淋管穿过炉门法兰后来将笑气均匀喷淋至石墨舟上方，不仅能够确保工艺钝化效果的稳定性，而且处理方法多样化，可重复性强，所需设备简单，能够明显改善超薄氧化硅工艺厚度的均匀性。
为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置，包括：
沉积炉管，其内部中空并在两端敞开以形成位于其内部的沉积反应室；
石墨舟托架，其设于所述沉积反应室中；
石墨舟，其被送入沉积反应室后由所述石墨舟托架所承托；以及
设于所述沉积反应室顶部的笑气喷淋管，
其中，所述笑气喷淋管的一端敞开以形成注气口，所述笑气喷淋管中设有从所述注气口出发沿着笑气喷淋管的长度方向延伸的气路，所述笑气喷淋管的侧面开设有若干个沿其长度方向布置的喷淋孔，所述喷淋孔连通所述笑气喷淋管的内外。
可选的，所述喷淋孔为偶数个，同一横截面上的两两喷淋孔间成角度地间隔开以扩大喷淋孔的喷淋面积；所述喷淋孔的口径在远离所述注气口的方向上依次递增。
可选的，所述喷淋孔从所述笑气喷淋管的内侧出发斜向下延伸，以使得同一横截面上的两两喷淋孔间形成夹角γ。
可选的，所述夹角γ的角度大小为100°～120°。
可选的，所述沉积炉管的两端敞口处分别连接有炉管法兰与炉门以将所述沉积炉管的两端敞口进行封闭，所述笑气喷淋管穿过炉管法兰后延伸至沉积炉管的内部，所述注气口外露于所述炉管法兰的外侧。
可选的，所述笑气喷淋管与所述炉管法兰之间设有套设于所述笑气喷淋管上的喷淋管密封圈，所述喷淋管密封圈适用于在周向上被压缩和解压，从而形成在炉管法兰与笑气喷淋管周向相对的表面之间的密封结合。
可选的，所述喷淋管密封圈包括：
第一密封环，所述第一密封环的其中一端面上一体式地形成有从该端面的内周沿径向向内延伸的第一密封唇；以及
第二密封环，其一端面与所述第一密封环的另一端面一体式相接，所述第二密封环的另一端敞口以形成密封口；
其中，所述第一密封唇开设有安装孔，所述喷淋管密封圈通过该安装孔套设于笑气喷淋管之上；所述第二密封环的径向尺寸在远离第一密封环的方向上呈渐扩之势。
可选的，所述密封口处一体式地形成有从密封口的外周沿径向向外延伸的第二密封唇。
可选的，所述炉管法兰及炉门上分别设有通往所述沉积反应室的进气管与出气管。
可选的，所述笑气喷淋管由低温钢、碳钢镀锌、不锈钢、铭钼钢中的任意一种材料制成。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：由于其通过将笑气喷淋管穿过炉门法兰后来将笑气均匀喷淋至石墨舟上方，不仅能够确保工艺钝化效果的稳定性，而且处理方法多样化，可重复性强，所需设备简单，能够明显改善超薄氧化硅工艺厚度的均匀性。
附图说明
图1为根据本发明一个实施方式提出的用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置的纵向剖视图；
图2为根据本发明一个实施方式提出的用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置中笑气喷淋管的仰视图；
图3为根据本发明一个实施方式提出的用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置中喷淋管密封圈的轴向剖视图；
图4为根据本发明一个实施方式提出的用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置中笑气喷淋管的横截面视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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。
在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。
在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词是相对于各附图中所示的构造进行定义的，特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化，所以，也不应当将这些或者其他的方位用于解释为限制性用语。
涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。
根据本发明的一实施方式结合图1和图2的示出，可以看出，用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置1包括：
沉积炉管11，其内部中空并在两端敞开以形成位于其内部的沉积反应室；
石墨舟托架16，其设于所述沉积反应室中；
石墨舟17，其被送入沉积反应室后由所述石墨舟托架16所承托；以及
设于所述沉积反应室顶部的笑气喷淋管14，
其中，所述笑气喷淋管14的一端敞开以形成注气口，所述笑气喷淋管14中设有从所述注气口出发沿着笑气喷淋管14的长度方向延伸的气路141，所述笑气喷淋管14的侧面开设有若干个沿其长度方向布置的喷淋孔142，所述喷淋孔142连通所述笑气喷淋管14的内外。
进一步地，所述喷淋孔142为偶数个，同一横截面上的两两喷淋孔142间成角度地间隔开以扩大喷淋孔142的喷淋面积；所述喷淋孔的口径在远离所述注气口的方向上依次递增。由于从注气口出发，笑气的浓度在沉积反应室的轴向方向上呈逐渐变小，喷淋孔采用这种设计能够实现笑气均匀喷淋于石墨舟17上方的效果，以此解决笑气在喷淋管中输送距离较远而出现注气口近端气压大，远端气压小，影响喷淋均匀性的问题。假定从注气口出发遇到的第一级注气孔的口径尺寸为a1，第二级注气孔的口径尺寸为a2……第n级注气孔的口径尺寸为an，相邻两级注气孔的口径差值为d，则有an＝a1+(n-1)×d。在一实施方式中，a1＝1.5mm，d＝0.2mm。
参照图4，所述喷淋孔142从所述笑气喷淋管14的内侧出发斜向下延伸，以使得同一横截面上的两两喷淋孔142间形成夹角γ。
进一步地，所述夹角γ的角度大小为100°～120°。在优选的实施方式中，夹角γ的角度大小为110°。
再次参照图1，所述沉积炉管11的两端敞口处分别连接有炉管法兰12与炉门13以将所述沉积炉管11的两端敞口进行封闭，所述笑气喷淋管14穿过炉管法兰2后延伸至沉积炉管11的内部，所述注气口外露于所述炉管法兰2的外侧。
进一步地，所述笑气喷淋管14与所述炉管法兰12之间设有套设于所述笑气喷淋管14上的喷淋管密封圈15，所述喷淋管密封圈15适用于在周向上被压缩和解压，从而形成在炉管法兰12与笑气喷淋管14周向相对的表面之间的密封结合。
接下来将参照图3，其中详细示出了喷淋管密封圈15的具体结构，所述喷淋管密封圈15包括：
第一密封环251，所述第一密封环251的其中一端面上一体式地形成有从该端面的内周沿径向向内延伸的第一密封唇153；以及
第二密封环252，其一端面与所述第一密封环251的另一端面一体式相接，所述第二密封环252的另一端敞口以形成密封口154；
其中，所述第一密封唇153开设有安装孔1531，所述喷淋管密封圈15通过该安装孔1531套设于笑气喷淋管14之上；所述第二密封环252的径向尺寸在远离第一密封环251的方向上呈渐扩之势。
进一步地，所述密封口154处一体式地形成有从密封口154的外周沿径向向外延伸的第二密封唇1541。
再次参照图1，所述炉管法兰12及炉门13上分别设有通往所述沉积反应室的进气管121与出气管131。
进一步地，所述笑气喷淋管14由低温钢、碳钢镀锌、不锈钢、铭钼钢中的任意一种材料制成。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置，其特征在于，包括：
沉积炉管(11)，其内部中空并在两端敞开以形成位于其内部的沉积反应室；
石墨舟托架(16)，其设于所述沉积反应室中；
石墨舟(17)，其被送入沉积反应室后由所述石墨舟托架(16)所承托；以及
设于所述沉积反应室顶部的笑气喷淋管(14)，
其中，所述笑气喷淋管(14)的一端敞开以形成注气口，所述笑气喷淋管(14)中设有从所述注气口出发沿着笑气喷淋管(14)的长度方向延伸的气路(141)，所述笑气喷淋管(14)的侧面开设有若干个沿其长度方向布置的喷淋孔(142)，所述喷淋孔(142)连通所述笑气喷淋管(14)的内外。
2.如权利要求1所述的用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置，其特征在于，所述喷淋孔(142)为偶数个，同一横截面上的两两喷淋孔(142)间成角度地间隔开以扩大喷淋孔(142)的喷淋面积；所述喷淋孔的口径在远离所述注气口的方向上依次递增。
3.如权利要求2所述的用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置，其特征在于，所述喷淋孔(142)从所述笑气喷淋管(14)的内侧出发斜向下延伸，以使得同一横截面上的两两喷淋孔(142)间形成夹角γ。
4.如权利要求3所述的用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置，其特征在于，所述夹角γ的角度大小为100°～120°。
5.如权利要求1所述的用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置，其特征在于，所述沉积炉管(11)的两端敞口处分别连接有炉管法兰(12)与炉门(13)以将所述沉积炉管(11)的两端敞口进行封闭，所述笑气喷淋管(14)穿过炉管法兰(2)后延伸至沉积炉管(11)的内部，所述注气口外露于所述炉管法兰(2)的外侧。
6.如权利要求5所述的用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置，其特征在于，所述笑气喷淋管(14)与所述炉管法兰(12)之间设有套设于所述笑气喷淋管(14)上的喷淋管密封圈(15)，所述喷淋管密封圈(15)适用于在周向上被压缩和解压，从而形成在炉管法兰(12)与笑气喷淋管(14)周向相对的表面之间的密封结合。
7.如权利要求6所述的用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置，其特征在于，所述喷淋管密封圈(15)包括：
第一密封环(251)，所述第一密封环(251)的其中一端面上一体式地形成有从该端面的内周沿径向向内延伸的第一密封唇(153)；以及
第二密封环(252)，其一端面与所述第一密封环(251)的另一端面一体式相接，所述第二密封环(252)的另一端敞口以形成密封口(154)；
其中，所述第一密封唇(153)开设有安装孔(1531)，所述喷淋管密封圈(15)通过该安装孔(1531)套设于笑气喷淋管(14)之上；所述第二密封环(252)的径向尺寸在远离第一密封环(251)的方向上呈渐扩之势。
8.如权利要求7所述的用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置，其特征在于，所述密封口(154)处一体式地形成有从密封口(154)的外周沿径向向外延伸的第二密封唇(1541)。
9.如权利要求5所述的用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置，其特征在于，所述炉管法兰(12)及炉门(13)上分别设有通往所述沉积反应室的进气管(121)与出气管(131)。
10.如权利要求1所述的用于改善氧化硅沉积厚度波动的管式PECVD装置，其特征在于，所述笑气喷淋管(14)由低温钢、碳钢镀锌、不锈钢、铭钼钢中的任意一种材料制成。
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