CN112144121A - 一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管 - Google Patents

一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管 Download PDF

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Abstract

本发明涉及太阳能电池片制造技术领域，且公开了一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管，包括炉管，所述炉管的内部设置有石英舟，所述石英舟上放置有硅片，所述石英舟位于炉管的中心，所述炉管的内腔固定套接有进气管和尾气排放管，所述尾气排放管位于进气管的侧面，所述进气管和尾气排放管的数量均为两个且相对于炉管的轴线对称分布。本发明通过利用内管中的螺旋片降低反应气体的流速，给反应气体足够的时间预热，缩减反应气体与炉管内腔的温度差，从而达到减少甚至消除反应气体由于受热膨胀导致的紊乱情况，保证扩散工艺的正常进行；另外通过螺旋片的阻挡作用，促进反应气体混合均匀，提高扩散工艺的质量。

Description

一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管
技术领域
本发明涉及太阳能电池片制造技术领域，具体为一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管。
背景技术
扩散炉管是半导体器件及大规模集成电路制造过程中对硅片进行扩散、氧化、退火、合金及烧结等工艺的一种加工装置。现有的扩散炉管中，外界的扩散气体进入炉管后，由于受热膨胀，流速增加，炉管的进气口处会出现一段气流紊乱现象，紊乱的气体与硅片接触会影响炉管工艺腔室内的对硅片进行扩散的质量和效率；另外现有的扩散炉管内反应源气体在炉管内的扩散路径是从炉管的首端到尾端或者从尾端向首端，单向的流动轨迹使得位于流动轨迹后段的硅片所接触的气体中含有的氮气以及氧气均降低，使得位于流动轨迹后段的硅片相对于前段的硅片方阻高，降低了硅片方阻的均匀性。
发明内容
针对背景技术中提出的现有扩散炉炉管在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管，具备方阻均匀性高的优点，解决了上述背景技术中提出的反应气体受热膨胀紊乱的问题以及反应气体浓度不均匀导致的硅片方阻不均匀的问题。
本发明提供如下技术方案：一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管，包括炉管，所述炉管的内部设置有石英舟，所述石英舟上放置有硅片，所述石英舟位于炉管的中心，所述炉管的内腔固定套接有进气管和尾气排放管，所述尾气排放管位于进气管的侧面，所述进气管和尾气排放管的数量均为两个且相对于炉管的轴线对称分布。
优选的，所述进气管的内部设有内管，所述进气管和内管的一端均连接有位于炉管首端的进气管道，所述内管远离进气管道的一端开设有出口，所述内管的出口处固定安装有压力阀。
优选的，所述进气管和内管之间形成分气道，所述进气管的外壁上开设有位于分气道处的进气孔，所述进气孔的数量至少有三个，所述进气孔的内径从进气管的进气管道一端向另一端依次递减。
优选的，所述内管内设有预热段和缓存段，所述预热段和缓存段分别靠近炉管的首端和尾端，所述预热段内设置有螺旋片，所述缓存段中可存储气体量为单位时间所有进气孔的进气量之和。
优选的，所述尾气排放管的一端连接有位于炉管首端的出气管道，所述尾气排放管的外壁上开设有排气孔，所述排气孔的内径从尾气排放管的出气管道的一端向另一端依次递增。
优选的，位于炉管内腔上方的所述进气管上的进气孔与下方所述进气管上的进气孔位置交错分布，位于炉管内腔上方的所述进气管、尾气排放管上的进气孔、排气孔的位置分别与下方所述尾气排放管、进气管上的排气孔、进气孔的位置相对应。
优选的，所述缓存段的容积与分气道的容积相同，所述压力阀的开启压力值设置为缓存段中气体充满时对压力阀的压力值。
本发明具备以下有益效果：
1、本发明通过利用内管中的螺旋片降低反应气体的流速，给反应气体足够的时间预热，缩减反应气体与炉管内腔的温度差，从而达到减少甚至消除反应气体由于受热膨胀导致的紊乱情况，保证扩散工艺的正常进行；另外通过螺旋片的阻挡作用，促进反应气体混合均匀，提高扩散工艺的质量。
2、本发明通过在进气管上开设不同内径大小的进气孔，相较于传统的的一个出口的进气管，有利于促进反应气体在炉管内腔中分布的均匀性，从而缩短不同位置的硅片扩散反应的时间差，为所有硅片的扩散反应提供相同的环境，有利于提高硅片方阻的均匀性。
3、本发明通过在石英舟的两侧对称设置进气管和尾气排放管，使得反应气体能够上下流动从而穿过硅片的侧面，相较于传统的沿石英舟纵向流动的方式，提高了反应气体与中间位置的硅片的接触的概率，提高了不同位置的反应气体的浓度均匀性，从而降低不同位置硅片的方阻差值，进一步提高硅片的扩散工艺后的方阻的均匀性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧面结构示意图；
图3为进气管、尾气排放管连接示意图。
图中：1、炉管；2、石英舟；3、硅片；4、进气管；5、尾气排放管；501、排气孔；6、内管；601、预热段；602、缓存段；7、螺旋片；8、分气道；9、进气孔；10、压力阀。
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。
请参阅图1-3，一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管，包括炉管1，炉管1的内部设置有石英舟2，石英舟2上放置有硅片3，石英舟2位于炉管1的中心，即石英舟2位于炉管1的轴线上，炉管1的内腔固定套接有进气管4和尾气排放管5，本方案中，进气管4和尾气排放管5组成一对气体进出通道，参阅图2和3，尾气排放管5位于进气管4的侧面，本方案中，将尾气排放管5卡在进气管4的外部，尾气排放管5的截面形状为半圆形，进气管4和尾气排放管5的数量均为两个且相对于炉管1的轴线对称分布，即上述的由进气管4和尾气排放管5组成的气体进出通道有两对，且相对于炉管1中心处设置的石英舟2对称分布，其中一组的进气管4将反应气体输送至炉管1内腔中，并通过另一组的尾气排放管5将废气排出。
进气管4的内部设有内管6，进气管4、尾气排放管5和内管6均采用耐高温的石英玻璃制作，进气管4和内管6的一端均连接有位于炉管1首端的进气管道，内管6远离进气管道的一端开设有出口，内管6的出口处固定安装有压力阀10，反应气体通过进气管4和内管6连接的进气管道先进入内管6的内部，并从内管6的出口处通过压力阀10流出；进气管4和内管6之间形成分气道8，进气管4的外壁上开设有位于分气道8处的进气孔9，从内管6内经过压力阀10流出的反应气体进入分气道8中，并通过进气孔9输送进炉管1的内腔中，与石英舟2上的硅片3进行反应，进气孔9的数量至少有三个，进气孔9的内径从进气管4的进气管道一端向另一端依次递减，当反应气体从内管6进入分气道8中后，会通过进气孔9向炉管1的内腔流动，距离内管6出口端近的进气孔9所受到气体的压力大，若进气孔9的内径相同的话，距离内管6出口端近的进气孔9中流出的气体比距离内管6出口端远的进气孔9中流出的气体量多，甚至可能距离内管6出口端远的进气孔9无反应气体流出，因此造成反应气体浓度以及气体量在石英舟2的前后端分布不均匀，会造成位于石英舟2前后端的硅片3上磷原子扩散的不均匀性。
内管6内设有预热段601和缓存段602，预热段601和缓存段602分别靠近炉管1的首端和尾端，预热段601内设置有螺旋片7，反应气体在刚进入炉管1内腔时，其温度与炉管1内腔温度差值较大，气体的膨胀会造成气流紊乱，直接与硅片3接触时会对硅片3的扩散工艺的质量造成影响，因此通过螺旋片7可降低反应气体的流速，给反应气体加热，另外由于螺旋片7为螺旋状，反应气体在缓存段602中流动时是旋转前进，有利于将反应气体中的多种气体成分混合均匀，缓存段602中可存储气体量为单位时间所有进气孔9的进气量之和，缓存段602的容积与分气道8的容积相同，压力阀10的开启压力值设置为缓存段602中气体充满时对压力阀10的压力值，即在反应气体刚进入进气管4、内管6中时，由于反应气体的流量小，若没有压力阀10的阻挡，反应气体大部分会从距离内管6出口端近的进气孔9中流出，因此为降低进气孔9的流量差，当缓存段602中的气体量达到所有进气孔9单位时间的出气量之和时，气体之间的压力可促使反应气体向距离内管6出口端远的进气孔9处流动，从而降低不同位置进气孔9的流量差，提高不同位置处的硅片3所能接触到的反应气体流量的均匀性。
尾气排放管5的一端连接有位于炉管1首端的出气管道，尾气排放管5的外壁上开设有排气孔501，参阅图2和3.尾气排放管5的中部开设有与进气孔9位置相对于的圆孔，避免挡住反应气体的流动，尾气排放管5是一体成型的结构且尾气排放管5位于圆孔处是封闭的，排气孔501的内径从尾气排放管5的出气管道的一端向另一端依次递增，位于炉管1内腔上方的进气管4上的进气孔9与下方进气管4上的进气孔9位置交错分布，使得气流能够从进气孔9处流出并穿过硅片3的表面向上流动，从与进气孔9对应位置的排气孔501将废气排出，该气体的流动轨迹穿过硅片3的正反面，有效增大了硅片3与反应气体的接触面积，提高了扩散的效率，位于炉管1内腔上方的进气管4、尾气排放管5上的进气孔9、排气孔501的位置分别与下方尾气排放管5、进气管4上的排气孔501、进气孔9的位置相对应，本方案中，为了提高不同位置进气孔9的出气量的均匀性，将靠近内管6出口端近的进气孔9的内径减小，因此此处的进气孔9单位时间内出气量小，但是流速快，会先达到其对应位置的硅片3处，先与硅片3反应生成Cl2，因此为减缓Cl2向未反应的硅片3扩散以及及时将Cl2排出，此处的进气孔9所对应的尾气排放管5上的排气孔501内径最大，其余位置依次递减。
本发明的使用方法如下：
反应气体通过进气管道进入内管6中，并撞击在螺旋片7的表面，降低反应气体的流速，使得反应气体有足够的时间预热，并在于螺旋片7的撞击过程中将反应气体中的多种气体混合均匀，然后反应气体集聚在缓存段602处，当缓存段602充满气体时，压力阀10受到气体的压力阀门打开，反应气体进入分气道8中；通过进气孔9向炉管1的内腔中扩散，并向上穿过硅片3的表面，与硅片3反应后，气体携带反应的废气Cl2从尾气排放管5的排气孔501流出，即可。
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。

Claims (7)

1.一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管，包括炉管(1)，所述炉管(1)的内部设置有石英舟(2)，所述石英舟(2)上放置有硅片(3)，其特征在于：所述石英舟(2)位于炉管(1)的中心，所述炉管(1)的内腔固定套接有进气管(4)和尾气排放管(5)，所述尾气排放管(5)位于进气管(4)的侧面，所述进气管(4)和尾气排放管(5)的数量均为两个且相对于炉管(1)的轴线对称分布。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管，其特征在于：所述进气管(4)的内部设有内管(6)，所述进气管(4)和内管(6)的一端均连接有位于炉管(1)首端的进气管道，所述内管(6)远离进气管道的一端开设有出口，所述内管(6)的出口处固定安装有压力阀(10)。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管，其特征在于：所述进气管(4)和内管(6)之间形成分气道(8)，所述进气管(4)的外壁上开设有位于分气道(8)处的进气孔(9)，所述进气孔(9)的数量至少有三个，所述进气孔(9)的内径从进气管(4)的进气管道一端向另一端依次递减。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管，其特征在于：所述内管(6)内设有预热段(601)和缓存段(602)，所述预热段(601)和缓存段(602)分别靠近炉管(1)的首端和尾端，所述预热段(601)内设置有螺旋片(7)，所述缓存段(602)中可存储气体量为单位时间所有进气孔(9)的进气量之和。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管，其特征在于：所述尾气排放管(5)的一端连接有位于炉管(1)首端的出气管道，所述尾气排放管(5)的外壁上开设有排气孔(501)，所述排气孔(501)的内径从尾气排放管(5)的出气管道的一端向另一端依次递增。
6.根据权利要求3或5所述的一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管，其特征在于：位于炉管(1)内腔上方的所述进气管(4)上的进气孔(9)与下方所述进气管(4)上的进气孔(9)位置交错分布，位于炉管(1)内腔上方的所述进气管(4)、尾气排放管(5)上的进气孔(9)、排气孔(501)的位置分别与下方所述尾气排放管(5)、进气管(4)上的排气孔(501)、进气孔(9)的位置相对应。
7.根据权利要求4所述的一种太阳能电池片制造用扩散炉炉管，其特征在于：所述缓存段(602)的容积与分气道(8)的容积相同，所述压力阀(10)的开启压力值设置为缓存段(602)中气体充满时对压力阀(10)的压力值。
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