CN111293189A - 一种基于水平放置lpcvd设备的隧穿氧化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于水平放置LPCVD设备的隧穿氧化方法，包括：将硅片装入水平插片舟中，使硅片呈水平排列，持续通入保护氮气，升温抽压，通入氧气与硅片表面形成二氧化硅，降温，释放至标准大气压，关闭氧气，通入氮气，出舟。本发明使用水平舟工艺，可以保证气流均匀流畅地通过作业硅片，从而保证硅片表面隧穿氧化层均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能单晶Topcon电池制造领域，尤其涉及基于水平放置舟LPCVD设备的隧穿氧化工艺。
背景技术
TOPCon(Tunnel Oxide Passivating Contacts)电池概念是由Fraunhofer ISE在2013年第28届EU PVSEC上初次提出，在晶体硅太阳能电池中，金属-半导体接触区域存在严重的复合，成为制约晶体硅太阳能电池效率发展的重要因素。隧穿氧化层钝化接触结构由一层超薄的隧穿氧化层和掺杂多晶硅层组成，可以显著降低金属接触区域的复合，同时兼具良好的接触性能，能够极大地提升太阳能电池的效率。钝化层中的掺杂多晶硅与基底Si界面间的氧化硅通过化学钝化降低基底Si与多晶硅之间的界面态密度，多数载流子通过隧穿原理通过氧化层实现输运，少数载流子则由于势垒以及多晶硅场效应的存在难以隧穿通过该氧化层。在重掺多晶硅中，多数载流子浓度远高于少数载流子，降低电子空穴复合几率的同时，也增加了电导率形成多数载流子的选择性接触。因此，TOPCon倾向于采用隧穿氧化层结构。
通常来说，钝化接触当前应用最广泛的包括常压化学气相沉积(APCVD)、等离子体增强型气相沉积(PECVD)及低压化学气相沉积(LPCVD)。这三种技术各有优点和局限性。APCVD技术具有反应器结构简单、沉积速率快、沉积温度低等优点，缺点是均匀性差、粒子污染严重。PECVD技术优点是沉积温度低、沉积速率快，缺点是化学污染及粒子污染严重。LPCVD拥有极好的均匀性、良好的组成成分和机构控制性、较高的沉积速率等，并且这种方式不需要加载等离子气体，因而大大降低了颗粒污染源，所以被广泛的应用在半导体产业的镀膜沉积工艺中。但是传统的基于LPCVD的镀膜技术中硅片均采取竖直插片方式，如图1所示，在隧穿氧化工艺中，竖直插片方式显现出诸多不便，例如，硅片最上方的区域容易发生搭片，从而造成气体湍流，镀膜不均匀；其次，在背靠背插片情形下，容易产生绕镀现象，给后道去绕镀工序增加负担。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于水平放置LPCVD设备的隧穿氧化方法，能够提高产能，克服背景技术中的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
步骤1：将硅片装入水平插片舟中，使硅片呈水平排列，在设定温度进舟，将装有硅片的石英舟推入LPCVD设备的炉体中，持续通入1L-3L/min的保护氮气，直至步骤2开始停止通入氮气；
步骤2：升温并管内压力抽至100-300Torr，并保持10-20min；
步骤3：温度恒温在550-600℃，通入20-30L/min的氧气，氧气与硅片表面形成二氧化硅，Si+O2＝SiO2；
步骤4：将温度降低至530℃，管内压力释放至标准大气压，关闭氧气，通入20-30L/min氮气，持续10-20min；
步骤5：出舟，将装有硅片的石英舟从设备的炉体中拉出。
进一步地，装入水平舟的硅片为背靠背双片插片。
进一步地，所述步骤1中，进舟温度设定为520-530℃。
进一步地，所述步骤2中升温至550-600℃。
进一步地，所述步骤3中，通氧过程中，通过真空泵使管内压力保持100-300Torr，并保持10-20min。
进一步地，所述出舟环境为在530℃的氮气环境下。
本发明的有益效果是：
(1)本发明使用水平舟工艺，如图2所示，可以保证气流均匀流畅地通过作业硅片，从而保证硅片表面隧穿氧化层均匀性。
(2)本发明使用低压工艺，气体分子自由程变大，可以提高气流均匀性，避免如图3所示的插片方式中的湍流产生，从而保证硅片表面隧穿氧化层均匀性。
(3)本发明采用双片插片，每管产能可达2000片，相比较传统技术，能成倍提升产能。
附图说明
图1是本发明的水平插片舟的示意图。
图2是本发明的插片的布置方式示意图。
图3是背景技术中的插片的布置方式示意图。
图4是通过本发明的实施例1的低压水平氧化方法的隧穿钝化层采样表。
图5是通过对比例1中的常压竖直插片氧化所制成的隧穿钝化层采样表。
图6是通过对比例2中的常压水平氧化所制成的隧穿钝化层采样表。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，应当指出的是，实施例只是对本发明的具体阐述，不应视为对本发明的限定。
实施例1
水平插片低压氧化1。
步骤1：将硅片采用如图2所示的背靠背双片插片的方式装入如图1所示的水平石墨舟中，使硅片呈水平排列，进舟在设定温度530℃下将装有硅片的石英舟推入LPCVD设备的炉体中，并通入1.5L/min的保护氮气，通气一段时间后停止，此时炉内压力超过大气压；
步骤2：升温至600℃，管内压力抽至300Torr，并保持10min；
步骤3：温度恒温在600℃，管内压力保持300Torr，通入30L/min的氧气，并保持10min，在此过程中，氧气在硅片表面发生反应，在硅片表面形成二氧化硅，Si+O2＝SiO2；
步骤4：将温度降低至530℃，管内压力释放至标准大气压，关闭氧气，通入30L/min大氮，持续20min；
步骤5：出舟，在530℃的大氮环境下，将装有硅片的石英舟从设备的炉体中拉出。
工艺完成后，对同一个水平舟上不同放置位置内的硅片，以及同一硅片上不同位置的隧穿钝化层进行采样，采样结果如图4所示。
实施例2
水平插片低压氧化2。
步骤1：将硅片采用如图2所示的背靠背双片插片的方式装入如图1所示的水平石墨舟中，使硅片呈水平排列，进舟在设定温度530℃下将装有硅片的石英舟推入LPCVD设备的炉体中，并通入2L/min的保护氮气，通气一段时间后停止，此时炉内压力超过大气压；
步骤2：升温至550℃，管内压力抽至100Torr，并保持15min；
步骤3：温度恒温在550℃，管内压力保持100Torr，通入20L/min的氧气，并保持15min，在此过程中，氧气在硅片表面发生反应，在硅片表面形成二氧化硅，Si+O2＝SiO2；
步骤4：将温度降低至530℃，管内压力释放至标准大气压，关闭氧气，通入20L/min大氮，持续20min；
步骤5：出舟，在530℃的大氮环境下，将装有硅片的石英舟从设备的炉体中拉出。
工艺完成后，对同一个水平舟上不同放置位置内的硅片，以及同一硅片上不同位置的隧穿钝化层进行采样，采样结果与实施例1所得不均匀度比较接近。
实施例3
水平插片低压氧化3。
步骤1：将硅片采用如图2所示的背靠背双片插片的方式装入如图1所示的水平石墨舟中，使硅片呈水平排列，进舟在设定温度530℃下将装有硅片的石英舟推入LPCVD设备的炉体中，并通入1L/min的保护氮气，通气一段时间后停止，此时炉内压力超过大气压；
步骤2：升温至580℃，管内压力抽至200Torr，并保持15min；
步骤3：温度恒温在580℃，管内压力保持200Torr，通入25L/min的氧气，并保持15min，在此过程中，氧气在硅片表面发生反应，在硅片表面形成二氧化硅，Si+O2＝SiO2；
步骤4：将温度降低至530℃，管内压力释放至标准大气压，关闭氧气，通入25L/min大氮，持续25min；
步骤5：出舟，在530℃的大氮环境下，将装有硅片的石英舟从设备的炉体中拉出。
工艺完成后，对同一个水平舟上不同放置位置内的硅片，以及同一硅片上不同位置的隧穿钝化层进行采样，采样结果与实施例1所得不均匀度比较接近。
实施例4
水平插片低压氧化4。
步骤1：将硅片采用如图2所示的背靠背双片插片的方式装入如图1所示的水平石墨舟中，使硅片呈水平排列，进舟在设定温度530℃下将装有硅片的石英舟推入LPCVD设备的炉体中，并通入3L/min的保护氮气，通气一段时间后停止，此时炉内压力超过大气压；
步骤2：升温至600℃，管内压力抽至300torr，并保持20min；
步骤3：温度恒温在600℃，管内压力保持300torr，通入30L/min的氧气，并保持20min，在此过程中，氧气在硅片表面发生反应，在硅片表面形成二氧化硅，Si+O2＝SiO2；
步骤4：将温度降低至530℃，管内压力释放至标准大气压，关闭氧气，通入30L/min大氮，持续30min；
步骤5：出舟，在530℃的大氮环境下，将装有硅片的石英舟从设备的炉体中拉出。
工艺完成后，对同一个水平舟上不同放置位置内的硅片，以及同一硅片上不同位置的隧穿钝化层进行采样，采样结果与实施例1所得不均匀度比较接近。
对比例1
常规竖直插片常压氧化。
步骤1：将硅片采用如图3所示的常规竖直插片方式插入舟中，进舟在设定温度530℃下将装有硅片的石英舟推入LPCVD设备的炉体中，并通入持续通入1.2L/min的保护氮气，通气一段时间后停止，此时炉内压力超过大气压；
步骤2：升温至550℃，管内压力抽至300Torr，并保持10min；
步骤3：温度恒温在550℃，管内压力抽至300Torr，通入20L/min的氧气，并保持10min在此过程中，氧气在硅片表面发生反应，在硅片表面形成二氧化硅，Si+O2＝SiO2；
步骤4：将温度降低至530℃，管内压力释放至标准大气压，关闭氧气，通入20L/min氮气，持续20min；
步骤5：出舟，在530℃的氮气环境下，将装有硅片的石英舟从设备的炉体中拉出。
工艺完成后，对同一个舟上不同放置位置内的硅片，以及同一硅片上不同位置的隧穿钝化层进行采样，采样结果如图5所示。
对比例2
水平插片常压氧化。
步骤1：将硅片采用如图2所示的背靠背双片插片的方式装入如图1所示的水平舟中，使硅片呈水平排列，进舟在设定温度530℃下将装有硅片的石英舟推入LPCVD设备的炉体中，并通入1.5L/min的保护氮气，通气一段时间后停止，此时炉内压力超过大气压；
步骤2：升温至550℃，并保持10min；
步骤3：温度恒温在550℃，通入20L/min的氧气，并保持10min；
步骤4：将温度降低至530℃，关闭氧气，通入20L/min氮气，持续10min；
步骤5：出舟，在530℃的氮气环境下，将装有硅片的石英舟从设备的炉体中拉出。
工艺完成后，对同一个水平舟上不同放置位置内的硅片，以及同一硅片上不同位置的隧穿钝化层进行采样，采样结果如图6所示。
通过图4-6所示数据的比较显然可以看出，通过实施例1方法制成的硅片隧穿钝化层厚度相较于常规工艺更加均匀，一致性高。
Claims (6)
1.一种基于水平放置LPCVD设备的隧穿氧化方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1：将硅片装入水平插片舟中，使硅片呈水平排列，在设定温度进舟，将装有硅片的石英舟推入LPCVD设备的炉体中，持续通入1L-3L/min的保护氮气，直至步骤2开始停止通入氮气；
步骤2：升温并管内压力抽至100-300Torr，并保持10-20min；
步骤3：温度恒温在550-600℃，通入20-30L/min的氧气，氧气与硅片表面形成二氧化硅，Si+O2＝SiO2；
步骤4：将温度降低至530℃，管内压力释放至标准大气压，关闭氧气，通入20-30L/min氮气，持续10-20min；
步骤5：出舟，将装有硅片的石英舟从设备的炉体中拉出。
2.根据权利要求1所述的一种基于水平放置LPCVD设备的隧穿氧化方法，其特征是，装入水平舟的硅片为背靠背双片插片。
3.根据权利要求1所述的一种基于水平放置LPCVD设备的隧穿氧化方法，其特征是，所述步骤1中，进舟温度设定为520-530℃。
4.根据权利要求1所述的一种基于水平放置LPCVD设备的隧穿氧化方法，其特征是，所述步骤2中升温至550-600℃。
5.根据权利要求1所述的一种基于水平放置LPCVD设备的隧穿氧化方法，其特征是，所述步骤3中，通氧过程中，通过真空泵使管内压力保持100-300Torr，并保持10-20min。
6.根据权利要求1所述的一种基于水平放置LPCVD设备的隧穿氧化方法，其特征是，所述出舟环境为在530℃的氮气环境下。
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