CN214176054U - 一种制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备 - Google Patents

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张威
彭宜昌
陈特超
李斌
王随心
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Abstract

本实用新型公开了一种制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，该一体式设备包括衬底传输机构，衬底传输机构沿传输方向依次设有上料腔、用于在衬底上生长氧化硅薄膜的等离子体增强原子层沉积工艺腔、用于在氧化硅薄膜上生长掺杂多晶硅薄膜的物理气相沉积工艺腔、以及卸载腔，等离子体增强原子层沉积工艺腔与物理气相沉积工艺腔之间设有隔离腔。本实用新型中，将等离子体增强原子层沉积工艺腔和物理气相沉积工艺腔整合在一台设备里，构成得到用于制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，具有设备投入成本低、占地空间小、操作方便、厚度均匀可控、产品良率高等优点，使得氧化硅和掺杂多晶硅的生产成本更低，良品率更好。

Description

一种制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备
技术领域
本实用新型属于太阳能电池制备领域，涉及一种制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备。
背景技术
隧穿氧化层钝化接触TOPCon太阳能电池，是2013年光伏大会上德国太阳能研究所首次提出的一种新型钝化接触太阳能电池，在电池的背面制备一层1-2nm的隧穿氧化层，然后再沉积一层掺杂多晶硅，二者共同形成了钝化接触结构，为硅片的背面提供良好的界面钝化。
目前，隧穿的氧化层非常薄仅1-2nm，通常是采用PECVD设备沉积氧化硅，然而，采用PECVD设备沉积氧化硅时，由于生长速率快，容易造成厚度均匀性，不易控制，钝化效果差。而隧穿的掺杂多晶硅，行业内多是使用管式设备通过热氧化法先制备SiO2，再通过LPCVD或PECVD制备非晶硅膜层，非晶硅再经过掺杂退火得到掺杂的多晶硅层。另外，实际工业生产中，非晶硅沉积主要利用LPCVD设备实现，缺点在于沉积过程中存在绕镀现象。此外，隧穿的氧化层和掺杂多晶硅的制备在两套完全不同的设备中进行，存在设备投入成本高、占地空间大、工序多、辅助设备多、产品良率低下等缺陷。至今为止，尚未见到制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种设备投入成本低、占地空间小、操作方便、厚度均匀可控、产品良率高的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
一种制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，包括衬底传输机构，所述衬底传输机构沿传输方向依次设有上料腔、用于在衬底上生长氧化硅薄膜的等离子体增强原子层沉积工艺腔、用于在氧化硅薄膜上生长掺杂多晶硅薄膜的物理气相沉积工艺腔、以及卸载腔，所述等离子体增强原子层沉积工艺腔与物理气相沉积工艺腔之间设有隔离腔。
上述的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，进一步改进的，包括至少两个用于在氧化硅薄膜上生长掺杂多晶硅薄膜的物理气相沉积工艺腔，沿传输方向依次设置。
上述的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，进一步改进的，所述物理气相沉积工艺腔为磁控溅射工艺腔。
上述的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，进一步改进的，还包括装载腔和加热腔，沿传输方向依次设为上料腔、装载腔、加热腔、用于在衬底上生长氧化硅薄膜的等离子体增强原子层沉积工艺腔。
上述的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，进一步改进的，所述加热腔底部设有用于加热衬底的电阻加热器。
上述的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，进一步改进的，所述物理气相沉积工艺腔与卸载腔之间设有缓冲腔。
上述的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，进一步改进的，所述上料腔中设有用于预热衬底的红外加热装置。
上述的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，进一步改进的，所述衬底为硅片。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
本实用新型提供了一种制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，将用于在衬底上沉积氧化硅薄膜的等离子体增强原子层沉积工艺腔和用于在氧化硅薄膜上沉积掺杂多晶硅层的物理气相沉积工艺腔整合在一台设备里，构成得到用于制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备。该一体式设备中整合了等离子体增强原子层沉积工艺和物理气相沉积工艺，在利用等离子体增强原子层沉积工艺腔沉积氧化硅薄膜后，可以直接进入到下一个物理气相沉积工艺腔中沉积掺杂多晶硅，即在设备中连续沉积氧化硅薄膜和掺杂多晶硅薄膜，通过减少工序和设备，提高生产效率和良率，且整个过程在真空条件下进行，衬底无需暴露在空气中，因而能够避免因衬底暴露在大气中而被氧化的问题，同时，等离子体增强原子层沉积工艺(PEALD)腔和物理气相沉积工艺(PVD)腔制得的薄膜均匀性更优异、薄膜钝化效果更好，且薄膜的厚度精确可控，能够克服绕镀、非晶硅薄膜气泡、厚度精度不易控制等缺陷。另外，本实用新型备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备具有设备投入成本低、占地空间小等优点，使得氧化硅和掺杂多晶硅的生产成本更低。此外，本实用新型中，等离子体增强原子层沉积工艺腔与物理气相沉积工艺腔之间设有隔离腔，能够防止不同工艺腔室之间的反应气体串气，有利于提高良品率。
附图说明
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为本实用新型实施例1中制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备的结构示意图。
图例说明：
1、上料腔；2、装载腔；3、加热腔；4、等离子体增强原子层沉积工艺腔；5、隔离腔；6、物理气相沉积工艺腔；7、缓冲腔；8、卸载腔。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。
实施例1
如图1所示，本实施例的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，包括衬底传输机构，衬底传输机构沿传输方向依次设有上料腔1、用于在衬底上生长氧化硅薄膜的等离子体增强原子层沉积工艺腔4、用于在氧化硅薄膜上生长掺杂多晶硅薄膜的物理气相沉积工艺腔6、以及卸载腔8，等离子体增强原子层沉积工艺腔4与物理气相沉积工艺腔6之间设有隔离腔5。
本实用新型中，将用于在衬底上沉积氧化硅薄膜的等离子体增强原子层沉积工艺腔和用于在氧化硅薄膜上沉积掺杂多晶硅层的物理气相沉积工艺腔整合在一台设备里，构成制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备。该一体式设备中整合了等离子体增强原子层沉积工艺和物理气相沉积工艺，在利用等离子体增强原子层沉积工艺腔沉积氧化硅薄膜后，可以直接进入到下一个物理气相沉积工艺腔中沉积掺杂多晶硅，即在设备中连续沉积氧化硅薄膜和掺杂多晶硅薄膜，通过减少工序和设备，提高生产效率和良率，且整个过程在真空条件下进行，衬底无需暴露在空气中，因而能够避免因衬底暴露在大气中而被氧化的问题，同时，等离子体增强原子层沉积工艺(PEALD)腔和物理气相沉积工艺(PVD)腔制得的薄膜均匀性更优异、薄膜钝化效果更好，且薄膜的厚度精确可控，能够克服绕镀、非晶硅薄膜气泡、厚度精度不易控制等缺陷。另外，本实用新型备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备具有设备投入成本低、占地空间小等优点，使得氧化硅和掺杂多晶硅的生产成本更低。此外，本实用新型中，等离子体增强原子层沉积工艺腔4与物理气相沉积工艺腔6之间设有隔离腔5，能够防止不同工艺腔室之间的反应气体串气，有利于提高良品率。
本实施例中，包括至少两个用于在氧化硅薄膜上生长掺杂多晶硅薄膜的物理气相沉积工艺腔6，沿传输方向依次设置。
本实施例中，物理气相沉积工艺腔6为磁控溅射工艺腔。
本实施例中，还包括装载腔2和加热腔3，沿传输方向依次设为上料腔1、装载腔2、加热腔3、用于在衬底上生长氧化硅薄膜的等离子体增强原子层沉积工艺腔4。
本实施例中，加热腔3底部设有用于加热衬底的电阻加热器。
本实施例中，物理气相沉积工艺腔6与卸载腔8之间设有缓冲腔7。
本实施例中，上料腔1中设有用于预热衬底的红外加热装置。
本实施例中，衬底为硅片。
利用上述的一体化设备在硅片表面制备氧化硅和掺杂多晶硅，包括以下步骤：
(1)经过清洗的硅片装在衬底传输机构(载板)上，从上料腔1经过装载腔2进入到加热腔3，其中上料腔装有红外加热装置，用来给衬底传输机构(载板)预热及除气，装载腔为大气和加热腔之间的过渡腔体，加热腔中安装有电阻加热器，对衬底传输机构(载板)和硅片进一步加热。
(2)将衬底传输机构(载板)和硅片送入到等离子体增强原子层沉积工艺腔4进行氧化硅薄膜的制备，其中工艺气体为含氨基的硅烷、氮气、氧气，工作气压100-900pa。加热温度150-450℃，制备的氧化硅膜厚为1-5nm。
(3)将制备了氧化硅的的硅片送入到隔离腔5，依次进入第一、第二个物理气相沉积工艺腔6(磁控溅射工艺腔)中，通过磁控溅射工艺进行掺杂非晶硅薄膜的制备，其中加热温度25-200℃，工艺气体为氩气，工作气压0.1-1pa，靶材为硅磷靶，磷的掺杂比例0.1％-5％。物理气相沉积工艺腔6具有多个磁控溅射阴极，每个阴极可以采用相同或不同的磷掺杂比例的硅磷靶。该步骤中，制备的掺杂非晶硅薄膜的膜厚为50-200nm。
(4)完成薄膜制备的载板和硅片经过缓冲腔7和卸载腔8出腔体，进入电池制作后续的工序。
以上实施例仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，其特征在于，包括衬底传输机构，所述衬底传输机构沿传输方向依次设有上料腔(1)、用于在衬底上生长氧化硅薄膜的等离子体增强原子层沉积工艺腔(4)、用于在氧化硅薄膜上生长掺杂多晶硅薄膜的物理气相沉积工艺腔(6)、以及卸载腔(8)，所述等离子体增强原子层沉积工艺腔(4)与物理气相沉积工艺腔(6)之间设有隔离腔(5)。
2.根据权利要求1所述的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，其特征在于，包括至少两个用于在氧化硅薄膜上生长掺杂多晶硅薄膜的物理气相沉积工艺腔(6)，沿传输方向依次设置。
3.根据权利要求2所述的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，其特征在于，所述物理气相沉积工艺腔(6)为磁控溅射工艺腔。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，其特征在于，还包括装载腔(2)和加热腔(3)，沿传输方向依次设为上料腔(1)、装载腔(2)、加热腔(3)、用于在衬底上生长氧化硅薄膜的等离子体增强原子层沉积工艺腔(4)。
5.根据权利要求4所述的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，其特征在于，所述加热腔(3)底部设有用于加热衬底的电阻加热器。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，其特征在于，所述物理气相沉积工艺腔(6)与卸载腔(8)之间设有缓冲腔(7)。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，其特征在于，所述上料腔(1)中设有用于预热衬底的红外加热装置。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的制备氧化硅和掺杂多晶硅的一体式设备，其特征在于，所述衬底为硅片。
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