CN115083893A - 一种低温硼扩散方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硼扩散领域，特别是公开了一种低温硼扩散方法，通过将表面制绒的N型硅片放入硼扩散炉中，在第一温度下进行首次硼扩散沉积；将环境温度从所述第一温度升至第二温度，进行二次硼扩散沉积；将环境温度从所述第二温度升至第三温度，进行三次硼扩散沉积；将环境温度从所述第三温度升至推进温度，对经过所述三次硼扩散的N型硅片进行推进；将环境温度从所述推进温度降至后氧化温度，对经过推进的N型硅片进行通源氧化。本发明采用三次变温沉积，使得硅片表面沉积了充足的硼源，因此推进温度可以优化减低，提高机台以及石英载具的使用寿命，降低成本，更进一步采用湿氧氧化，将氧化耗时从60分钟降低至20分钟，大大提升生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及硼扩散领域，特别是涉及一种低温硼扩散方法。
背景技术
高效低成本晶体硅电池是光伏产业发展的方向，目的是为了降低发射结表面浓度，有效降低电池表面的复合速度，进而提高器件少数载流子寿命，以及电池的短波光谱响应，搭配丝网密栅技术，可以有效增加短路电流和开路电压，实现更高的效率和功率提升；近年来，N型太阳能电池因其光衰减较低、稳定性较高、双面发电等优点越来越受到各个大厂的关注，N型电池的市场占比也越来越大。
但是目前的硼扩散工艺温度较高(＞1000℃)，对机台损伤较大，长时间的高温会降低机台以及石英载具的使用寿命，增加成本，严重影响产能。
因此，如何找到一种在不影响硼扩散质量的前提下，降低扩散温度，延长机台寿命的方法，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温硼扩散方法，以解决现有技术中硼扩散温度过高，导致机台使用寿命降低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种低温硼扩散方法，包括：
将表面制绒的N型硅片放入硼扩散炉中，在第一温度下进行首次硼扩散沉积；
将环境温度从所述第一温度升至第二温度，进行二次硼扩散沉积；
将环境温度从所述第二温度升至第三温度，进行三次硼扩散沉积；
将环境温度从所述第三温度升至推进温度，对经过所述三次硼扩散的N型硅片进行推进；
将环境温度从所述推进温度降至后氧化温度，对经过推进的N型硅片进行通源氧化。
可选地，在所述的低温硼扩散方法中，在所述推进温度降低至所述后氧化温度的过程中，对经过推进的N型硅片进行通源氧化。
可选地，在所述的低温硼扩散方法中，所述通源氧化过程中使用的氧气为湿氧。
可选地，在所述的低温硼扩散方法中，所述通源氧化过程中的大氧流量的范围为500sccm至1000sccm，包括端点值；所述通源氧化过程中的小氧流量的范围为500sccm至1000sccm，包括端点值。
可选地，在所述的低温硼扩散方法中，所述通源氧化的时间范围为15分钟至20分钟，包括端点值。
可选地，在所述的低温硼扩散方法中，所述后氧化温度的范围为850设置度至950摄氏度，包括端点值。
可选地，在所述的低温硼扩散方法中，所述第一温度的范围为785摄氏度至850摄氏度，包括端点值；所述首次硼扩散沉积的时间为2分钟至4分钟，包括端点值。
可选地，在所述的低温硼扩散方法中，所述第二温度与所述第一温度的差值的范围为5摄氏度至20摄氏度，包括端点值；所述二次硼扩散沉积的时间为3分钟至5分钟，包括端点值。
可选地，在所述的低温硼扩散方法中，所述第三温度与所述第二温度的差值的范围为5摄氏度至20摄氏度，包括端点值；所述二次硼扩散沉积的时间为1分钟至3分钟，包括端点值。
可选地，在所述的低温硼扩散方法中，在所述首次硼扩散沉积之前，还包括：
在前氧化温度下对所述N型硅片进行前氧化，得到表面氧化层；其中，所述前氧化温度低于所述第一温度；
相应地，在经过所述通源氧化之后，还包括：
去除所述表面氧化层。
本发明所提供的低温硼扩散方法，通过将表面制绒的N型硅片放入硼扩散炉中，在第一温度下进行首次硼扩散沉积；将环境温度从所述第一温度升至第二温度，进行二次硼扩散沉积；将环境温度从所述第二温度升至第三温度，进行三次硼扩散沉积；将环境温度从所述第三温度升至推进温度，对经过所述三次硼扩散的N型硅片进行推进；将环境温度从所述推进温度降至后氧化温度，对经过推进的N型硅片进行通源氧化。本发明采用三次变温沉积，使得硅片表面沉积了充足的硼源，因此在后续高温推进对应的推进温度可以优化减低，提高机台以及石英载具的使用寿命，降低成本，同时，在氧化过程中始终通入硼源也能进一步提升沉积质量，优化方阻均匀性。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的低温硼扩散方法的一种具体实施方式的流程示意图；
图2为本发明提供的低温硼扩散方法的一种具体实施方式的流程示意图；
图3为本发明提供的低温硼扩散方法的一种具体实施方式的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。
本发明的核心是提供一种低温硼扩散方法，其一种具体实施方式的流程示意图如图1所示，称其为具体实施方式一，包括：
S101：将表面制绒的N型硅片放入硼扩散炉中，在第一温度下进行首次硼扩散沉积。
具体地，在所述首次硼扩散沉积中，硼源为BCl3，硼源的流量的范围为100sccm-200sccm，大氮流量的范围为2000sccm-2500sccm，氧气流量300sccm-800sccm所述第一温度的范围为785摄氏度至850摄氏度，包括端点值，如785.0摄氏度、802.0摄氏度及850.0摄氏度中的任一个；所述首次硼扩散沉积的时间为2分钟至4分钟，包括端点值，如2.0分钟、2.5分钟或4.0分钟中的任一个。
S102：将环境温度从所述第一温度升至第二温度，进行二次硼扩散沉积。
具体地，在所述二次硼扩散沉积中，硼源流量的范围为200sccm-400sccm，大氮流量的范围为1800sccm-2300sccm，氧气流量的范围为500sccm-1000sccm；所述第二温度与所述第一温度的差值的范围为5摄氏度至20摄氏度，包括端点值，如5.0摄氏度、10.0摄氏度或20.0摄氏度中的任一个；所述二次硼扩散沉积的时间为3分钟至5分钟，包括端点值，如3.0分钟、4.2分钟或5.0分钟中的任一个。
S103：将环境温度从所述第二温度升至第三温度，进行三次硼扩散沉积。
具体地，在所述三次硼扩散沉积中，硼源流量的范围为100sccm-300sccm，大氮流量的范围为2000sccm-2500sccm，氧气流量的范围为400sccm-800sccm；所述第三温度与所述第二温度的差值的范围为5摄氏度至20摄氏度，包括端点值，如5.0摄氏度、10.0摄氏度或20.0摄氏度；所述二次硼扩散沉积的时间为1分钟至3分钟，包括端点值，如1.0分钟，、1.6分钟或3.0分钟中的任一个。
S104：将环境温度从所述第三温度升至推进温度，对经过所述三次硼扩散的N型硅片进行推进。
在所述推进过程中(也称为高温推进)，大氮的流量的范围为2000sccm-3500sccm，推进温度的范围为900摄氏度至960摄氏度，推进的时间的范围为15分钟至30分钟。
S105：将环境温度从所述推进温度降至后氧化温度，对经过推进的N型硅片进行通源氧化。
作为一种优选实施方式，在所述推进温度降低至所述后氧化温度的过程中，对经过推进的N型硅片进行通源氧化，换言之，在环境温度逐步降低至所述推进温度的过程中，便开始通源氧化，使所述通源氧化过程变成一个变温过程，省去了降温过程中的等待时间，大大提高了扩散效率，缩短了工艺时间，提高了产能。
具体地，所述后氧化温度的范围为850设置度至950摄氏度，包括端点值，如850.0摄氏度、900.2摄氏度或950.0摄氏度中的任一个。
本发明所提供的低温硼扩散方法，通过将表面制绒的N型硅片放入硼扩散炉中，在第一温度下进行首次硼扩散沉积；将环境温度从所述第一温度升至第二温度，进行二次硼扩散沉积；将环境温度从所述第二温度升至第三温度，进行三次硼扩散沉积；将环境温度从所述第三温度升至推进温度，对经过所述三次硼扩散的N型硅片进行推进；将环境温度从所述推进温度降至后氧化温度，对经过推进的N型硅片进行通源氧化。本发明采用三次变温沉积，使得硅片表面沉积了充足的硼源，因此在后续高温推进对应的推进温度可以优化减低，提高机台以及石英载具的使用寿命，降低成本，同时，在氧化过程中始终通入硼源也能进一步提升沉积质量，优化方阻均匀性。
在具体实施方式一的基础上，进一步对所述N型硅片做前期处理，得到具体实施方式二，其流程示意图如图2所示，包括：
S201：在前氧化温度下对所述N型硅片进行前氧化，得到表面氧化层；其中，所述前氧化温度低于所述第一温度。
具体地，所述前氧化温度的范围为770摄氏度至785摄氏度，包括端点值，如770.0摄氏度、779.5摄氏度或785.0摄氏度中的任一个；在所述前氧化过程中，氧气的流量范围是900sccm-1600sccm，大氮流量的范围是1000sccm-1500sccm，前氧化的时间范围是2分钟至3分钟。
S202：将经过所述前氧化的N型硅片放入硼扩散炉中，在第一温度下进行首次硼扩散沉积。
S203：将环境温度从所述第一温度升至第二温度，进行二次硼扩散沉积。
S204：将环境温度从所述第二温度升至第三温度，进行三次硼扩散沉积。
S205：将环境温度从所述第三温度升至推进温度，对经过所述三次硼扩散的N型硅片进行推进。
S206：将环境温度从所述推进温度降至后氧化温度，对经过推进的N型硅片进行通源氧化。
S207：去除所述表面氧化层。
本具体实施方式与上述各具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式中预先在所述N型硅片表面设置了所述表面氧化层，其他步骤局与上述个具体实施方式相同，本发明不再展开赘述。
由于在所述N型硅片表面设置了最后需要去除，不参成品硅片结构的表面氧化层，使得在前三步低温沉积过程中的硼源尽可能沉积在所述表面氧化层中，在为后续推进步骤提供充足硼源的同时，避免了现有技术中硼扩散工艺使得硅片表面浓度过高，方阻均匀性较差，载流子复合严重，发电效率偏低的问题。达到了降低硅片表面的浓度，优化方阻均匀性，减少死层，降低了暗电流，提高发电效率的效果。
在具体实施方式二的基础上，进一步对所述N型硅片做前期处理，得到具体实施方式三，其流程示意图如图3所示，包括：
S301：在前氧化温度下对所述N型硅片进行前氧化，得到表面氧化层；其中，所述前氧化温度低于所述第一温度。
S302：将经过所述前氧化的N型硅片放入硼扩散炉中，在第一温度下进行首次硼扩散沉积。
S303：将环境温度从所述第一温度升至第二温度，进行二次硼扩散沉积。
S304：将环境温度从所述第二温度升至第三温度，进行三次硼扩散沉积。
S305：将环境温度从所述第三温度升至推进温度，对经过所述三次硼扩散的N型硅片进行推进。
S306：将环境温度从所述推进温度降至后氧化温度，对经过推进的N型硅片进行通源氧化；其中，所述通源氧化过程中使用的氧气为湿氧。
S307：去除所述表面氧化层。
本具体实施方式与上述个具体实施方式的不同之处在于，在本具体实施方式中，特别限定了后氧化过程(即所述通源氧化)中的氧气为湿氧，其余步骤均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。
在本具体实施方式中，所述通源氧化步骤使用的氧为湿氧，具体地，所述湿氧指小氧流经纯水瓶(恒温30摄氏度左右)携带水汽的氧。
作为一种具体实施方式，所述通源氧化的硼源流量的范围为100sccm-200sccm，大氮流量的范围为1000sccm-1500sccm。
所述通源氧化过程中的大氧流量的范围为500sccm至1000sccm，包括端点值，如500.0sccm、658.2sccm或1000.0sccm中的任一个；所述通源氧化过程中的小氧流量的范围为500sccm至1000sccm，包括端点值，如500.0sccm、856.7sccm或1000.0sccm中的任一个；所述通源氧化的时间范围为15分钟至20分钟，包括端点值，如15.0分钟、17.5分钟或20.0分钟中的任一个。
本具体实施方式的通源氧化采用湿氧降温变温氧化的方法，提高氧化速率，降低工艺时间提升产能并且优化氧化膜的均匀性，现有技术中其他的后氧化时间超过1小时，本发明后氧化时间可以减少到20分钟以内，大大降低了工艺时间提高产能。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
表1是采用本发明的实验组与产线正常工艺方阻以及BSG厚度均匀性对比，由表1可知，在方阻均值以及氧化层厚基本一致的情况下，实验组方阻均匀性以及氧化层均匀性均有1％的改善。
表1实验组与产线正常工艺方阻以及氧化层厚度均匀性对比表
表2是实验组与产线正常工艺电性能对比，由表2可知，本发明采用多次变温沉积的方法，降低了表面浓度，因此开压相比产线有0.03V的优势，同时由于接触电阻提升导致填充略微降低，整体效率较产线正常工艺提升0.06％.
表2实验组与产线正常工艺电性能对比表
| 方案 | Eta(％) | Voc(V) | lsc(A) | FF(％) |
| 实验组 | 24.68 | 0.713 | 13.784 | 83.05 |
| 对比组 | 24.62 | 0.71 | 13.783 | 83.09 |
| 差异 | 0.06 | 0.003 | 0.001 | -0.04 |
需要说明的是，在本说明书中，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的低温硼扩散方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种低温硼扩散方法，其特征在于，包括：
将表面制绒的N型硅片放入硼扩散炉中，在第一温度下进行首次硼扩散沉积；
将环境温度从所述第一温度升至第二温度，进行二次硼扩散沉积；
将环境温度从所述第二温度升至第三温度，进行三次硼扩散沉积；
将环境温度从所述第三温度升至推进温度，对经过所述三次硼扩散的N型硅片进行推进；
将环境温度从所述推进温度降至后氧化温度，对经过推进的N型硅片进行通源氧化。
2.如权利要1所述的低温硼扩散方法，其特征在于，在所述推进温度降低至所述后氧化温度的过程中，对经过推进的N型硅片进行通源氧化。
3.如权利要1所述的低温硼扩散方法，其特征在于，所述通源氧化过程中使用的氧气为湿氧。
4.如权利要3所述的低温硼扩散方法，其特征在于，所述通源氧化过程中的大氧流量的范围为500sccm至1000sccm，包括端点值；所述通源氧化过程中的小氧流量的范围为500sccm至1000sccm，包括端点值。
5.如权利要3所述的低温硼扩散方法，其特征在于，所述通源氧化的时间范围为15分钟至20分钟，包括端点值。
6.如权利要1所述的低温硼扩散方法，其特征在于，所述后氧化温度的范围为850设置度至950摄氏度，包括端点值。
7.如权利要1所述的低温硼扩散方法，其特征在于，所述第一温度的范围为785摄氏度至850摄氏度，包括端点值；所述首次硼扩散沉积的时间为2分钟至4分钟，包括端点值。
8.如权利要1所述的低温硼扩散方法，其特征在于，所述第二温度与所述第一温度的差值的范围为5摄氏度至20摄氏度，包括端点值；所述二次硼扩散沉积的时间为3分钟至5分钟，包括端点值。
9.如权利要1所述的低温硼扩散方法，其特征在于，所述第三温度与所述第二温度的差值的范围为5摄氏度至20摄氏度，包括端点值；所述二次硼扩散沉积的时间为1分钟至3分钟，包括端点值。
10.如权利要1至9任一项所述的低温硼扩散方法，其特征在于，在所述首次硼扩散沉积之前，还包括：
在前氧化温度下对所述N型硅片进行前氧化，得到表面氧化层；其中，所述前氧化温度低于所述第一温度；
相应地，在经过所述通源氧化之后，还包括：
去除所述表面氧化层。
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