CN116682893B - 硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法 - Google Patents

硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，公开了硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法。基于双插硅片的管式原子层沉积法，本发明通过在待沉积Al2O3薄膜的硅片载具铝舟上设置有用于固定硅片位置的侧槽及底槽，沿着原子层沉积室的进气至出气方向，通过使每组定位齿杆的侧槽及底槽开口依次增大，使背面相对的2片硅片的背面距离沿着前驱体进气至出气方向逐渐增大，并在沉积薄膜的过程中加大N2的流量确保背面相对的2片硅片的背面距离，最终使硅片正面与背面分别制备得到厚度均匀的Al2O3薄膜，且硅片正面的Al2O3薄膜厚度大于硅片背面的Al2O3薄膜厚度。使用本发明制备得到的硅片片内正面、背面各自的Al2O3薄膜均匀性及批内均匀性较好。

Description

硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法。
背景技术
TOPCon电池是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触的晶硅太阳能电池，其转换效率以压倒性优势替代PERC电池，近来成为电池行业研究的热点。
Al2O3薄膜因其良好的共形覆盖能力和较低的缺陷态密度而被广泛应用于晶硅太阳能电池的表面钝化。Al2O3薄膜中含有大量的氢原子，经过退火处理，氢原子被释放扩散到硅片表面进行化学钝化，同时可以固定大量的负电荷，对硅片表面形成场钝化效应。对于TOPCon电池，硅片在进行刻蚀之后，会在其正面制备Al2O3薄膜作为钝化层，之后再在其正面及背面镀上SiNx涂层。
Al2O3一般采用原子层沉积（Atomic Layer Deposition，简称 ALD）法制备，此法可以在200℃的低温下进行沉积，进而可减少了对硅片的损伤，提高产品良率。由于是正面单面沉积，ALD法沉积Al2O3的设备多为板式的ALD设备，板式ALD设备可以做到正面单面镀上厚度均匀的Al2O3薄膜，而背面不被Al2O3沉积，但板式ALD设备价格昂贵，约为管式ALD设备的2倍，除此之外，板式ALD设备的生产产能仅为管式ALD设备的1/2。因此，板式ALD设备在TOPCon电池的Al2O3薄膜镀膜市场竞争中并无优势。
管式ALD设备存在单插硅片和双插硅片两种。单插硅片管式ALD设备的铝舟槽齿里只单插1片硅片，可以使硅片的正面及背面均沉积上Al2O3薄膜，但其缺陷在于生产产能降低一半，不符合TOPCon电池行业各竞争者对其生产效率的要求。
利用双插硅片管式ALD设备在TOPCon电池正面沉积Al2O3薄膜，为使硅片每两片背靠背叠放在一个铝舟槽齿里，前驱体气流通过叠放的硅片时，在硅片正面沉积上Al2O3层。但在利用双插硅片管式ALD设备在TOPCon电池正面沉积Al2O3薄膜的过程中，会有部分前驱体气流绕流到硅片背面未贴合紧密部分，导致硅片背面部分沉积上不均匀厚度的Al2O3，进而对电池片性能造成影响。在背面不均匀厚度的Al2O3基础上，硅片在进行后续的等离子体化学气相沉积（简称PECVD）工序沉积SiNx薄膜时，会形成电池片外观色差，降低TOPCon电池外观良率。
发明内容
现有TOPCon电池用双插硅片的管式ALD设备进行Al2O3薄膜沉积时，存在由于双插的硅片背面无法完全贴合而导致前驱体气流绕流到硅片背面、进而导致硅片背面镀上厚度不均匀的Al2O3薄膜的问题，进而影响TOPCon电池的转换效率，降低产品外观良率。鉴于以上现有TOPCon电池存在的问题，本发明的目的在于提供一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，以制备得到正面与背面分别沉积厚度不同且正面、背面各自厚度均匀的Al2O3薄膜的TOPCon电池。
本发明的具体技术方案为：
本发明提供了一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1）：提供一个原子层沉积室；
所述原子层沉积室内设有工件载体，所述工件载体上设有若干组定位齿杆，每组定位齿杆包括上下平行设置的上齿杆与下齿杆；所述上齿杆上设有若干个侧槽，所述下齿杆上设有若干个底槽；
不同组的定位齿杆上的侧槽开口大小不同且沿原子层沉积室的进气至出气方向依次增大；
不同组的定位齿杆上的底槽开口大小不同且沿原子层沉积室的进气至出气方向依次增大；
步骤2）：在工件载体内放置硅片；放置时，利用底槽及侧槽对硅片进行定位放置，每个底槽及侧槽内放置2片背面相对的硅片；
步骤3）：向原子层沉积室依次通入第一前驱体气体、第二前驱体气体，分别在通入第一前驱体、第二前驱体前，向所述原子层沉积室通入流量为30~50L/min的N2使得位于每个底槽及侧槽内放置的2片硅片的背面分离，从而使硅片正面与背面分别制备得到厚度均匀的Al2O3薄膜，且硅片正面的Al2O3薄膜厚度大于背面的Al2O3薄膜厚度。
在原子层沉积法制备TOPCon电池中Al2O3薄膜的生产工艺中，双插硅片管式ALD设备进行Al2O3薄膜的沉积时，双插的2片硅片无法完全贴合是必然的，通入前驱体气体时，前驱体气体会绕流到硅片的背面，使硅片背面沉积上一层不均匀厚度的Al2O3薄膜，这层不均匀厚度的Al2O3薄膜一方面会导致电子传输的不均匀，进而影响TOPCon电池的转换效率。另一方面，在进行后续的等离子体化学气相沉积工序沉积SiNx薄膜后，会导致电池片外观色差的形成，进而导致TOPCon电池外观良率低。本发明通过使双插的2片硅片定位并以逐渐增大的距离分离放置，同时使用大流量N2确保2片硅片分离，依次保证硅片背面绕镀上均匀厚度的Al2O3薄膜，使TOPCon电池硅片正面、背面制备得到厚度不同且正面、背面各自的均匀性好的Al2O3薄膜，进而保证TOPCon电池的转换效率及外观良率。具体而言：
步骤1）中，提供了一个原子层沉积室，在其内设置用于放置待沉积Al2O3薄膜的硅片的工件载体，该工件载体包括上下平行设置的上齿杆与下齿杆，在上齿杆上设置用于固定硅片位置的侧槽，在下齿杆上设置同样用于固定硅片位置的底槽。沿着原子层沉积室的进气至出气方向，通过使每组定位齿杆的侧槽及底槽开口依次增大，使背面相对的2片硅片的背面距离沿着前驱体进气至出气方向逐渐增大。
步骤2）中，在工件载体内放置硅片；放置时，利用底槽及侧槽对硅片进行定位放置，每个底槽及侧槽内放置2片背面相对的硅片。本步骤利用工件载体上设置的底槽及侧槽进行定位放置，为后续原子层沉积法制备Al2O3薄膜做好准备条件。在现实生产中，在工件载体内放置硅片为利用自动化的机械臂将硅片定位放置于每组定位齿杆的底槽及侧槽，每个底槽及侧槽中放置的2片硅片并未完全分离，使用常规原子层沉积法沉积Al2O3薄膜工艺仍未能直接使得其背面绕镀得到均匀厚度的Al2O3薄膜，仍需进一步进行Al2O3薄膜沉积工艺的优化。
步骤3）中，向原子层沉积室依次通入第一前驱体气体、第二前驱体气体使之发生反应制备Al2O3薄膜。在通入第一前驱体及通入第二前驱体前，均需向所述原子层沉积室通入流量为30~50L/min的N2使得位于每个底槽及侧槽内放置的2片硅片的背面分离，并确保分离距离适当。要使得双插的硅片背面绕镀上均匀厚度的Al2O3薄膜，必须使双插的2片硅片背面分离距离适当。其中，背面相对的2片硅片的背面距离的理想状态为，沿着原子层沉积室的进气至出气方向，2片硅片的背面距离由小逐渐增大，其原因在于，在实际生产中发现，若2片硅片的背面距离等距设置，距离出气端较近的路段上放置的硅片往往无法沉积上均匀厚度的Al2O3薄膜，当2片硅片的背面距离由小逐渐增大则能。进一步分析其原因为，能提供的原子层沉积室一般较长，即原子层沉积室的进气至出气方向的路径较长，气源在离进气端较近的路段上硅片沉积会产生消耗，距离出气端较近的路段上气源量较小，在较小气源量的情况下，尤其是结合背面距离较小的前提下，该路段放置的硅片可绕镀到硅片背面的前驱体较少且不均匀，可以通过逐步增大硅片背面距离来使更多前驱体气体绕镀到硅片背面，来作为气源量减少的代偿，提高单片硅片背面Al2O3薄膜厚度的均匀性及批间硅片背面Al2O3薄膜厚度的均匀性。
通过30~50L/min的大流量的N2的吹扫，使得每一次通入前驱体气体之前使硅片进入一个反应的准备期。在这个准备期期间，一是利用氮气吹扫使每个底槽及侧槽中放置的2片硅片背面分离，且沿着工件载体上所设的底槽及侧槽由原子层沉积室的进气至出气方向，2片硅片的背面距离由小逐渐增大，使双插的硅片始终处于预设的位置上，为前驱体进行反应制备Al2O3薄膜做好准备条件，为实现此目的，原子层沉积室缓冲期的时间使为5~10s较为适宜。二是利用氮气吹扫去除未反应的前驱体和挥发性副产物。在反应的准备期后，通入的第一前驱体气体与第二前驱体气体发生反应，从而使硅片正面与背面分别制备得到厚度均匀的Al2O3薄膜，且硅片正面的Al2O3薄膜厚度大于背面的Al2O3薄膜厚度。
作为本发明上述技术方案的优选，步骤3）中，所述N2的通入时间为5~10 s。
利用氮气吹扫的作用之一为使每个底槽及侧槽中放置的2片硅片背面分离，且沿着铝舟上所设的底槽及侧槽由原子层沉积室的进气至出气方向，2片硅片的背面距离由小逐渐增大，使双插的硅片始终处于预设的位置上。30~50L/min的大流量是通入N2的最优选择，能更好地确保2片硅片背面距离是处于理想状态下的，在30~50L/min的大流量下吹扫5~10s效果最好。
作为本发明上述技术方案的优选，所述底槽开口向上，纵切面为上宽下窄的梯形。
纵切面为一般意义上的纵切面，即沿着下齿杆的长轴方向的切面。底槽的结构优选为：底槽开口向上，纵切面为上宽下窄的梯形。该结构至少具有以下3方面作用：一方面是，上宽下窄的开口结构可以使硅片放置时，更易于放进底槽；另一方面是，上宽下窄的开口结构，可以对气源进行一定的导流作用，使绕镀到背面的气源量更多进而使沉积更均匀；另还有一方面在于，硅片放置于底槽中时，由于受到重力的作用，尤其在而设置上宽下窄的开口结构的情况下，硅片顺着底槽侧面滑落易使底槽中2片硅片贴合，硅片位置改变，导致背面沉积受到影响，将底槽设置为底槽开口向上、纵切面为上宽下窄的梯形，具有可使放于底槽中的2片背对硅片的放置位置固定的作用，底槽的底面为平面，不易受重力的影响而使硅片位置移动。
进一步优选，所述梯形的底边与侧边的夹角为105~125°。
基于上述导流作用，当梯形的底边与侧边的夹角为105~125°时，其导流效果最优。但夹角角度不宜过大，其原因之一在于夹角角度会减少底槽的设置量，可放置的硅片数量减少导致产能下降；其另一原因在于夹角角度过大会导致其向背面导流的作用效果减弱。夹角角度也不易过小，夹角过小会导致硅片易贴合。
作为本发明上述技术方案的优选，最接近原子层沉积室的进气的一组定位齿杆的底槽开口的最大宽度为2.4~2.6mm，从原子层沉积室的进气至出气方向，每组定位齿杆的底槽开口依次增大1~2mm。
作为本发明上述技术方案的优选，最接近原子层沉积室的进气的一组定位齿杆的侧槽开口的最大宽度为2.4~2.6mm，从原子层沉积室的进气至出气方向，每组定位齿杆的侧槽开口依次增大1~2mm。
背面相对的2片硅片的背面距离的理想状态为，沿着原子层沉积室的进气至出气方向，2片硅片的背面距离由小逐渐增大，当最接近原子层沉积室的进气的一组定位齿杆的底槽即侧槽开口的最大宽度为2.4~2.6mm，沿着原子层沉积室的进气至出气方向，每组定位齿杆的底槽及侧槽开口依次增大1~2mm时，2片硅片的背面距离为最优选距离，可以使单片硅片的正面Al2O3薄膜厚度的均匀性、背面Al2O3薄膜厚度的均匀性，以及批间硅片正面Al2O3薄膜厚度的均匀性、背面Al2O3薄膜厚度的均匀性最好。
作为本发明上述技术方案的优选，步骤3）中，所述原子层沉积室温度为200~350℃，所述第一前驱体气体为三甲基铝，所述第一前驱体气体为H2O。
在本发明技术方案中，第一前驱体气体为三甲基铝、第二前驱体气体为H2O，使原子层沉积室温度为200~350℃，依次通入前驱体气体为三甲基铝、H2O，使之发生反应，制备得到Al2O3薄膜。
作为优选，步骤3）中，所述硅片正面的Al2O3薄膜厚度为1.5~5nm。
作为优选，步骤3）中，所述硅片背面的Al2O3薄膜厚度为0.5~2nm。
通过本发明上述提供的Al2O3薄膜的制备方法，Al2O3薄膜在硅片的正面沉积的厚度优选为1.5~5nm，背面沉积的厚度优选为0.5~2nm。在此范围内，单片硅片的正面Al2O3薄膜厚度的均匀性、背面Al2O3薄膜厚度的均匀性，以及批间硅片正面Al2O3薄膜厚度的均匀性、背面Al2O3薄膜厚度的均匀性均较好。
作为优选，步骤3）中，所述第一前驱体气体通入的时间为3~7s。
作为优选，步骤3）中，所述第二前驱体气体通入的时间为3~7s。
作为本发明上述提供的Al2O3薄膜的制备方法的最优选，第一前驱体气体三甲基铝、第二前驱体气体H2O的通入时间均为3~7s，可使单片硅片的正面、背面Al2O3薄膜厚度的均匀性及批间硅片正面、背面Al2O3薄膜厚度的均匀性最好。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
（1）本发明提供了一种放置待沉积Al2O3薄膜的硅片的工件载体，该工件载体上设置有用于固定硅片位置的侧槽及底槽，沿着原子层沉积室的进气至出气方向，通过使每组定位齿杆的侧槽及底槽开口依次增大，使背面相对的2片硅片的背面距离沿着前驱体进气至出气方向逐渐增大，进而使得原子层沉积法沉积Al2O3薄膜时，前驱体气源可均匀绕镀到硅片背后，在其背面形成均匀厚度的Al2O3薄膜，进而使得硅片正面、背面分别沉积上厚度均匀的Al2O3薄膜，且正面、背面厚度不同，最终使得TOPCon电池的转换效率及外观良率得以提高；
（2）本发明提供了一种适应于上述工件载体的Al2O3薄膜沉积工艺条件，在通入第一前驱体气体、第二前驱体气体进行反应之前，设置原子层沉积室缓冲期，确保使每个底槽及侧槽内放置的2片硅片背面分离，且为“沿着原子层沉积室的进气至出气方向，2片硅片的背面距离由小逐渐增大”的预设分离距离分离，进而使得使用该Al2O3薄膜制备方法，制备得到的单片硅片的正面、背面Al2O3薄膜厚度的均匀性及批间硅片正面、背面Al2O3薄膜厚度的均匀性好；
（3）本发明还提供了定位齿杆上的底槽结构的设置，设置为开口向上、纵切面为上宽下窄的梯形，对2片硅片的位置进行定位及固定，同时进行气源的导流，以及给出每组定位齿杆的底槽及侧槽开口宽度的最优选，确保背面相对的2片硅片的背面距离的理想状态，进而确保单片硅片的正面Al2O3薄膜厚度的均匀性、背面Al2O3薄膜厚度的均匀性，以及批间硅片正面Al2O3薄膜厚度的均匀性、背面Al2O3薄膜厚度的均匀性好。
附图说明
图1显示为本发明Al2O3薄膜的制备中工件载体的结构示意图；
图2显示为本发明Al2O3薄膜的制备中工件载体的俯视结构示意图；
图3显示为图2中底槽的纵切结构示意图；
图4显示为图2中的局部放大结构示意图；
图5显示为本发明对比例2的Al2O3薄膜的制备中工件载体的结构示意图；
图6显示为本发明对比例2的工件载体的底槽的纵切结构示意图；
图7显示为本发明实施例1的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图8显示为本发明实施例2的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图9显示为本发明实施例3的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图10显示为本发明实施例4的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图11显示为本发明实施例5的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图12显示为本发明对比例1的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图13显示为本发明对比例2的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图14显示为本发明对比例3的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图15显示为本发明对比例4的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图16显示为本发明对比例5的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图17显示为本发明对比例6的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图18显示为本发明对比例7的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图19显示为本发明对比例8的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图20显示为本发明对比例9的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图21显示为本发明对比例10的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观图；
图22显示为Al2O3薄膜的膜厚均匀性测试位置示意图。
附图标号说明：1、工件载体，2、定位齿杆，21、上齿杆，211、侧槽，22、下齿杆，221、底槽，23、中杆，3、硅片。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
本实施例提供了一种TOPCon电池中制备Al2O3薄膜的装置，包括原子层沉积室，所述原子层沉积室为管式原子层沉积腔，所述原子层沉积室内设有工件载体1，所述工件载体1为铝舟，如图1、图2、图3、图4所示。所述工件载体1上设有8组定位齿杆2，使得从原子层沉积室的进气至出气方向，分成7个硅片放置区域。原子层沉积室的进气至出气方向如图1所示。
沿着原子层沉积室的进气至出气方向排序，8组定位齿杆2依次记为第1组、第2组……第8组，7个硅片放置区域依次记为第1个、第2个……第7个。
进一步地，每组定位齿杆2包括上下平行设置的上齿杆21与下齿杆22。上齿杆21上设有若干个侧槽211，第1组定位齿杆2上的侧槽211开口的最大宽度为2.6mm，往后每组定位齿杆2的侧槽211开口依次增大1mm。下齿杆22上设有若干个底槽221，第1组定位齿杆2上的底槽221开口的最大宽度为2.5mm，往后每组定位齿杆2的底槽221开口依次增大1mm。底槽221开口向上，纵切面为上宽下窄的梯形，其中，梯形的底边与侧边的夹角为120°，如图3所示。
采用上述装置，本实施例还提供了一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1）：利用上述原子层沉积室进行TOPCon电池中Al2O3薄膜的制备；上述原子层沉积室具备以下条件：
该原子层沉积室内设有工件载体1，所述铝舟上设有若干组定位齿杆2，每组定位齿杆包括上下平行设置的上齿杆21与下齿杆22；所述上齿杆上设有若干个侧槽211，所述下齿杆上设有若干个底槽221；
从原子层沉积室的进气至出气方向，每组定位齿杆的侧槽211开口依次增大；
从原子层沉积室的进气至出气方向，每组定位齿杆的底槽221开口依次增大。
步骤2）：在铝舟内放置硅片；放置时，利用底槽及侧槽对硅片放置的位置进行定位，每个底槽及侧槽内放置2片背面相对的硅片3；
步骤3）：使原子层沉积室温度处于300℃；
然后按以下通入气体顺序向原子层沉积室通气，并循环20次：通入N2，通入三甲基铝，通入N2，通入H2O；其中，所述N2的通入流量为40L/min；
循环完毕，在硅片表面制备得到Al2O3薄膜。
实施例2
本实施例提供了一种TOPCon电池中制备Al2O3薄膜的装置，包括原子层沉积室，所述原子层沉积室为管式原子层沉积腔，所述原子层沉积室内设有工件载体1，所述工件载体1为铝舟，如图1、图2、图3、图4所示。所述工件载体1上设有8组定位齿杆2，使得从原子层沉积室的进气至出气方向，分成7个硅片放置区域。原子层沉积室的进气至出气方向如图1所示。
沿着原子层沉积室的进气至出气方向排序，8组定位齿杆2依次记为第1组、第2组……第8组，7个硅片放置区域依次记为第1个、第2个……第7个。
进一步地，每组定位齿杆2包括上下平行设置的上齿杆21与下齿杆22。上齿杆21上设有若干个侧槽211，第1组定位齿杆2上的侧槽211开口的最大宽度为2.4mm，往后每组定位齿杆2的侧槽211开口依次增大1mm。下齿杆22上设有若干个底槽221，第1组定位齿杆2上的底槽221开口的最大宽度为2.4mm，往后每组定位齿杆2的底槽221开口依次增大1mm。底槽221开口向上，纵切面为上宽下窄的梯形，其中，梯形的底边与侧边的夹角为105°，如图3所示。
采用上述装置，本实施例还提供了一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1）：利用上述原子层沉积室进行TOPCon电池中Al2O3薄膜的制备；上述原子层沉积室具备以下条件：
该原子层沉积室内设有工件载体1，所述铝舟上设有若干组定位齿杆2，每组定位齿杆包括上下平行设置的上齿杆21与下齿杆22；所述上齿杆上设有若干个侧槽211，所述下齿杆上设有若干个底槽221；
从原子层沉积室的进气至出气方向，每组定位齿杆的侧槽211开口依次增大；
从原子层沉积室的进气至出气方向，每组定位齿杆的底槽221开口依次增大。
步骤2）：在铝舟内放置硅片；放置时，利用底槽及侧槽对硅片放置的位置进行定位，每个底槽及侧槽内放置2片背面相对的硅片3；
步骤3）：使原子层沉积室温度处于200℃；
然后按以下通入气体顺序向原子层沉积室通气，并循环15次：通入N2，通入三甲基铝，通入N2，通入H2O；其中，所述N2的通入流量为30L/min；
循环完毕，在硅片表面制备得到Al2O3薄膜。
实施例3
本实施例提供了一种TOPCon电池中制备Al2O3薄膜的装置，包括原子层沉积室，所述原子层沉积室为管式原子层沉积腔，所述原子层沉积室内设有工件载体1，所述工件载体1为铝舟，如图1、图2、图3、图4所示。所述工件载体1上设有8组定位齿杆2，使得从原子层沉积室的进气至出气方向，分成7个硅片放置区域。原子层沉积室的进气至出气方向如图1所示。
沿着原子层沉积室的进气至出气方向排序，8组定位齿杆2依次记为第1组、第2组……第8组，7个硅片放置区域依次记为第1个、第2个……第7个。
进一步地，每组定位齿杆2包括上下平行设置的上齿杆21与下齿杆22。上齿杆21上设有若干个侧槽211，第1组定位齿杆2上的侧槽211开口的最大宽度为2.5mm，往后每组定位齿杆2的侧槽211开口依次增大2mm。下齿杆22上设有若干个底槽221，第1组定位齿杆2上的底槽221开口的最大宽度为2.5mm，往后每组定位齿杆2的底槽221开口依次增大2mm。底槽221开口向上，纵切面为上宽下窄的梯形，其中，梯形的底边与侧边的夹角为125°，如图3所示。
采用上述装置，本实施例还提供了一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1）：利用上述原子层沉积室进行TOPCon电池中Al2O3薄膜的制备；上述原子层沉积室具备以下条件：
该原子层沉积室内设有工件载体1，所述铝舟上设有若干组定位齿杆2，每组定位齿杆包括上下平行设置的上齿杆21与下齿杆22；所述上齿杆上设有若干个侧槽211，所述下齿杆上设有若干个底槽221；
从原子层沉积室的进气至出气方向，每组定位齿杆的侧槽211开口依次增大；
从原子层沉积室的进气至出气方向，每组定位齿杆的底槽221开口依次增大。
步骤2）：在铝舟内放置硅片；放置时，利用底槽及侧槽对硅片放置的位置进行定位，每个底槽及侧槽内放置2片背面相对的硅片3；
步骤3）：使原子层沉积室温度处于350℃；
然后按以下通入气体顺序向原子层沉积室通气，并循环35次：通入N2，通入三甲基铝，通入N2，通入H2O；其中，所述N2的通入流量为50L/min；
循环完毕，在硅片表面制备得到Al2O3薄膜。
实施例4
本实施例提供了一种TOPCon电池中制备Al2O3薄膜的装置，包括原子层沉积室，所述原子层沉积室为管式原子层沉积腔，所述原子层沉积室内设有工件载体1，所述工件载体1为铝舟，如图1、图2、图3、图4所示。所述工件载体1上设有8组定位齿杆2，使得从原子层沉积室的进气至出气方向，分成7个硅片放置区域。原子层沉积室的进气至出气方向如图1所示。
沿着原子层沉积室的进气至出气方向排序，8组定位齿杆2依次记为第1组、第2组……第8组，7个硅片放置区域依次记为第1个、第2个……第7个。
进一步地，每组定位齿杆2包括上下平行设置的上齿杆21与下齿杆22。上齿杆21上设有若干个侧槽211，第1组定位齿杆2上的侧槽211开口的最大宽度为2.6mm，往后每组定位齿杆2的侧槽211开口依次增大2mm。下齿杆22上设有若干个底槽221，第1组定位齿杆2上的底槽221开口的最大宽度为2.6mm，往后每组定位齿杆2的底槽221开口依次增大2mm。底槽221开口向上，纵切面为上宽下窄的梯形，其中，梯形的底边与侧边的夹角为125°，如图3所示。
采用上述装置，本实施例还提供了一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1）：利用上述原子层沉积室进行TOPCon电池中Al2O3薄膜的制备；上述原子层沉积室具备以下条件：
该原子层沉积室内设有工件载体1，所述铝舟上设有若干组定位齿杆2，每组定位齿杆包括上下平行设置的上齿杆21与下齿杆22；所述上齿杆上设有若干个侧槽211，所述下齿杆上设有若干个底槽221；
从原子层沉积室的进气至出气方向，每组定位齿杆的侧槽211开口依次增大；
从原子层沉积室的进气至出气方向，每组定位齿杆的底槽221开口依次增大。
步骤2）：在铝舟内放置硅片；放置时，利用底槽及侧槽对硅片放置的位置进行定位，每个底槽及侧槽内放置2片背面相对的硅片3；
步骤3）：使原子层沉积室温度处于250℃；
然后按以下通入气体顺序向原子层沉积室通气，并循环30次：通入N2，通入三甲基铝，通入N2，通入H2O；其中，所述N2的通入流量为40 L/min；
循环完毕，在硅片表面制备得到Al2O3薄膜。
实施例5
本实施例提供了一种TOPCon电池中制备Al2O3薄膜的装置，包括原子层沉积室，所述原子层沉积室为管式原子层沉积腔，所述原子层沉积室内设有工件载体1，所述工件载体1为铝舟，如图1、图2、图3、图4所示。所述工件载体1上设有8组定位齿杆2，使得从原子层沉积室的进气至出气方向，分成7个硅片放置区域。原子层沉积室的进气至出气方向如图1所示。
沿着原子层沉积室的进气至出气方向排序，8组定位齿杆2依次记为第1组、第2组……第8组，7个硅片放置区域依次记为第1个、第2个……第7个。
进一步地，每组定位齿杆2包括上下平行设置的上齿杆21与下齿杆22。上齿杆21上设有若干个侧槽211，第1组定位齿杆2上的侧槽211开口的最大宽度为2.6mm，往后每组定位齿杆2的侧槽211开口依次增大2mm。下齿杆22上设有若干个底槽221，第1组定位齿杆2上的底槽221开口的最大宽度为2.5mm，往后每组定位齿杆2的底槽221开口依次增大2mm。底槽221开口向上，纵切面为上宽下窄的梯形，其中，梯形的底边与侧边的夹角为120°，如图3所示。
采用上述装置，本实施例还提供了一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1）：利用上述原子层沉积室进行TOPCon电池中Al2O3薄膜的制备；上述原子层沉积室具备以下条件：
该原子层沉积室内设有工件载体1，所述铝舟上设有若干组定位齿杆2，每组定位齿杆包括上下平行设置的上齿杆21与下齿杆22；所述上齿杆上设有若干个侧槽211，所述下齿杆上设有若干个底槽221；
从原子层沉积室的进气至出气方向，每组定位齿杆的侧槽211开口依次增大；
从原子层沉积室的进气至出气方向，每组定位齿杆的底槽221开口依次增大。
步骤2）：在铝舟内放置硅片；放置时，利用底槽及侧槽对硅片放置的位置进行定位，每个底槽及侧槽内放置2片背面相对的硅片3；
步骤3）：使原子层沉积室温度处于250℃；
然后按以下通入气体顺序向原子层沉积室通气，并循环15~35次：通入N2，通入三甲基铝，通入N2，通入H2O；其中，所述N2的通入流量为50L/min；
循环完毕，在硅片表面制备得到Al2O3薄膜。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，装置不同；具体不同在于：不同组的定位齿杆的底槽221开口最大宽度相同，为3.5mm；不同组的定位齿杆的侧槽211开口最大宽度相同，为3.6mm。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，装置不同，具体不同在于：每组定位齿杆2包括上下平行设置的上齿杆21与下齿杆22外，还包括中杆23，所述上齿杆21与中杆23上下平行设置，所述中杆23与下齿杆22上下平行设置，如图5所示；同时底槽221开口向上，纵切面为上宽下窄结构，底槽的底面为曲面，如图6所示。（为常规铝舟结构）
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，装置不同，不同的具体为：第1组定位齿杆2上的底槽221开口的最大宽度为2.8mm，往后每组定位齿杆2的底槽221开口依次增大1mm；第1组定位齿杆2上的侧槽211开口的最大宽度为2.9mm，往后每组定位齿杆2的侧槽211开口依次增大1mm。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于，装置不同，不同的具体为：第1组定位齿杆2上的底槽221开口的最大宽度为2.2mm，往后每组定位齿杆2的底槽221开口依次增大1mm；第1组定位齿杆2上的侧槽211开口的最大宽度为2.4mm，往后每组定位齿杆2的侧槽211开口依次增大1mm。
对比例5
对比例5与实施例1的区别在于，装置不同，不同的具体为：底槽设置为开口向上、纵切面为上宽下窄的梯形，梯形的底边与侧边的夹角为100°。
对比例6
对比例6与实施例1的区别在于，装置不同，不同的具体为：底槽设置为开口向上、纵切面为上宽下窄的梯形，梯形的底边与侧边的夹角为130°。
对比例7
对比例7与实施例1的区别在于，工艺中N2吹扫流速为20L/min。
对比例8
对比例8与实施例1的区别在于，工艺中N2吹扫流速为60L/min。
对比例9
对比例7与实施例1的区别在于，工艺中每次循环N2吹扫时间为3s。
对比例10
对比例8与实施例1的区别在于，工艺中每次循环N2吹扫时间为12s。
性能测试
（1）分别从上述实施例和对比例的铝舟上第4个硅片放置区域的中间位置取一片硅片，用相同方法沉积SiNx薄膜，实施例1~5、对比例1~10的硅片沉积SiNx薄膜后背面外观依次分别如图7至图21所示。
（2）分别对上述实施例和对比例制得的TOPCon电池硅片的正面Al2O3薄膜的膜厚均匀性进行测试，测试方法为：从铝舟上每个硅片放置区域的中间位置取一片作为测试片，测试方法为激光椭偏仪直接测量膜厚，测试位置分别为硅片的四角及中心处，具体如图22所示的点1、点2、点3、点4和点5。
均匀性计算公式如下：
片内均匀性=[(片内膜厚最大值-最小值)/(2×片内膜厚平均值)]×100%；
批内均匀性=[(每片硅片膜厚平均值最大值-最小值)/(2×膜厚平均值)]×100%。
测试结果如表1、表2、表3所示。
表1
表2
表3
（3）分别对上述实施例和对比例制得的TOPCon电池的背面Al2O3薄膜的膜厚均匀性进行测试，测试方法为：从铝舟上每个硅片放置区域的中间位置取一片作为测试片，测试方法为激光椭偏仪直接测量膜厚，测试位置分别为硅片的四角及中心处，具体如图22所示的点1、点2、点3、点4和点5。
均匀性计算公式如下：
片内均匀性=[(片内膜厚最大值-最小值)/(2×片内膜厚平均值)]×100%；
批内均匀性=[(每片硅片膜厚平均值最大值-最小值)/(2×膜厚平均值)]×100%。
测试结果如表4、表5、表6所示。
表4
表5
表6
由表1~6可知：
①由实施例1~5的数据可知，本发明提供的方法制备得到的硅片的正面、背面Al2O3薄膜厚度不同，且单片硅片正面、背面各自的Al2O3薄膜厚度的均匀性及批间硅片正面、背面各自的Al2O3薄膜厚度的均匀性好。
②由对比例1、3~4与实施例1对比分析可知，对比例1的工件载具不同组的定位齿杆的底槽、侧槽开口最大宽度相同，分别为3.5mm、3.6mm，其硅片背面Al2O3薄膜厚度的批内均匀性较差；对比例3第1组定位齿杆上的底槽开口的最大宽度为2.8mm，进风方向距离较大，硅片背面Al2O3薄膜厚度的均匀性较差，分析其原因可能是由于底槽开口过大，大流量吹扫时不利于硅片位置的固定；对比例4第1组定位齿杆上的底槽开口的最大宽度为2.2mm，进风方向距离较小，硅片背面Al2O3薄膜厚度的均匀性较差，分析其原因可能是由于底槽开口过小，硅片背面距离过小，不利于前驱体绕镀到硅片背面。由此进一步说明，沿着原子层沉积室的进气至出气方向2片硅片的背面距离由小逐渐增大，有利于背面沉积均匀性的提高；同时，从原子层沉积室的进气至出气方向，最接近原子层沉积室的进气的一组定位齿杆的底槽开口的最大宽度为2.4~2.6mm、往后每组底槽开口依次增大1~2mm，最接近原子层沉积室的进气的一组定位齿杆的侧槽开口的最大宽度为2.4~2.6mm、往后每组侧槽开口依次增大1~2mm，硅片背面Al2O3薄膜厚度的均匀性较好。
③由对比例2与实施例1对比分析可知，对比例2的工件载具设置有中杆、且底槽的底面为曲面，相较于实施例1，对比例2硅片背面Al2O3薄膜厚度的均匀性较差，说明将底槽设置为底槽开口向上、纵切面为上宽下窄的梯形，使硅片不易受重力的影响而使硅片位置移动，对于硅片背面Al2O3薄膜均匀厚度的形成具有促进作用。
④由对比例5~6与实施例1对比分析可知，对比例5的底槽设置为开口向上、纵切面为上宽下窄的梯形，梯形的底边与侧边的夹角为100°，对比例6的梯形的底边与侧边的夹角为130°，对比例5及6的硅片背面Al2O3薄膜厚度的均匀性均较差，说明底槽纵切面的梯形的底边与侧边的夹角需要控制在一定范围内，有助于硅片背面Al2O3薄膜均匀厚度的形成。
⑤对比例7~10是对N2通气的流量及时间优化。与实施例1对比分析可知，N2通气的吹扫流速为30~50L/min、时间为5~10s，硅片背面Al2O3薄膜厚度的均匀性较好。通入N2的流量对薄膜厚度的均匀性影响较大，流量较小时，其均匀性大大降低。进一步分析其原因，流速为30~50L/min的氮气，可以确保在沿着工件载体上所设的底槽及侧槽由原子层沉积室的进气至出气方向，2片硅片的背面距离由小逐渐增大，因此，通过30~50L/min的大流量的N2的吹扫，对于硅片背面Al2O3薄膜均匀厚度的形成具有重要作用。
本发明所述管式原子层沉积腔为现有技术，如管式ALD设备。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1）：提供一个原子层沉积室；
所述原子层沉积室内设有工件载体（1），所述工件载体（1）上设有若干组定位齿杆（2），每组定位齿杆（2）包括上下平行设置的上齿杆（21）与下齿杆（22）；所述上齿杆（21）上设有若干个侧槽（211），所述下齿杆（22）上设有若干个底槽（221）；
沿着原子层沉积室的进气至出气方向排序，第一组定位齿杆上的底槽开口的最大宽度为2.4~2.6mm，往后每组定位齿杆的底槽开口依次增大1~2mm；
沿着原子层沉积室的进气至出气方向排序，第一组定位齿杆上的侧槽开口的最大宽度为2.4~2.6mm，往后每组定位齿杆的侧槽开口依次增大1~2mm；
步骤2）：在工件载体内放置硅片；放置时，利用底槽及侧槽对硅片进行定位放置，每个底槽及侧槽内放置2片背面相对的硅片；
步骤3）：向原子层沉积室依次通入第一前驱体气体、第二前驱体气体，分别在通入第一前驱体、第二前驱体前，向所述原子层沉积室通入流量为30~50L/min的N2使得位于每个底槽及侧槽内放置的2片硅片的背面分离，从而使硅片正面与背面分别制备得到厚度均匀的Al2O3薄膜，且硅片正面的Al2O3薄膜厚度大于硅片背面的Al2O3薄膜厚度。
2.如权利要求1所述的一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，其特征在于：步骤3）中，所述N2通入的时间为5~10s。
3.如权利要求1所述的一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，其特征在于：所述底槽开口向上，纵切面为上宽下窄的梯形。
4.如权利要求1所述的一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，其特征在于：步骤3）中，所述原子层沉积室温度为200~350℃，所述第一前驱体气体为三甲基铝，所述第一前驱体气体为H2O。
5.如权利要求1所述的一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，其特征在于：步骤3）中，所述第一前驱体气体通入的时间为3~7s。
6.如权利要求1所述的一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，其特征在于：步骤3）中，所述第二前驱体气体通入的时间为3~7s。
7.如权利要求1所述的一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，其特征在于：
步骤3）中，所述硅片正面的Al2O3薄膜厚度为1.5~5nm。
8.如权利要求1所述的一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，其特征在于：
步骤3）中，所述硅片背面的Al2O3薄膜厚度为0.5~2nm。
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