CN214254438U - 一种硼扩散设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种硼扩散设备,包括供源装置和扩散炉，所述供源装置包括供源组件、主管道以及多组分管道，扩散炉包括石英管组件，石英管组件包括石英管、尾部匀流组件、炉口匀流组件、进气管和气路管，进气管、分管道与输气管连通，形成工艺气体流通通道，气路管与气管连通形成气路通道，尾部匀流组件和炉口匀流组件分别位于石英管内，尾部匀流组件、炉口匀流组件控制工艺气体的分布状态，本实用新型的尾排管抽气口延伸至炉口匀流板下方或超过炉口匀流板并伸至靠近炉口的位置，有效解决因尾排管在石英炉管底部抽气，导致气流偏下的问题，进一步提高了位于炉口位置硅片的均匀性，从而保证扩散方阻的一致性。

Description

一种硼扩散设备

技术领域

本实用新型属于半导体制造及太阳能光伏电池制造领域，尤其涉及半导体制造和光伏电池片的扩散炉设备。

背景技术

目前，硅片制造成太阳能电池的主流工序步骤都包括：制绒、扩散、刻蚀、镀膜、印刷、烧结等，扩散是制备PN结的重要工艺过程，常规扩散方法是：将硅片放入石英舟中，将在有硅片的石英舟推送入管式扩散炉罐内，将扩散炉升温至第一预设温度，向扩散炉内同如工艺气体，保持温度一定时间，进行源沉积，停止同如工艺气体，更改至第二预设温度，进行源扩。

N型单晶硅片与常规的P型单晶硅片相比，具有体少子寿命高、无光衰等优点，具有更大的效率提升空间，同时N型单晶组件具有弱光响应好、温度系数低等优点，具有发电量高和低衰减等优势，因此N型电池研发越来越受到人们的关注，常规硼扩散以液态源BBr3为源，扩散方式与POCl3磷扩散相似，使用单管单源的方式，现有扩散炉的结构与扩散工艺的互相配合，能达到一定程度的好的扩散结果，但扩散方阻的一致性，尤其是进气口和出气口位置的硅片方阻差异较明显，本实用新型提供了能提高扩散方阻一致性的硼扩散设备。

发明内容

本实用新型为了克服现有技术的不足，提供一种硼扩散设备。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种硼扩散设备,其特征在于：包括供源装置和扩散炉，所述供源装置包括供源组件、主管道以及多组分管道，扩散炉包括石英管组件，石英管组件包括石英管、尾部匀流组件、炉口匀流组件、进气管和气路管，进气管、分管道与输气管连通，形成工艺气体流通通道，气路管与气管连通形成气路通道，尾部匀流组件和炉口匀流组件分别位于石英管内，尾部匀流组件、炉口匀流组件控制工艺气体的分布状态。

进一步的；所述供源装置输送气态硼源至扩散炉，输气管输送氧气和氮气，氧气、氮气和气态硼源混合形成工艺气体，工艺气体通过工艺气体流通通道充入石英管。

进一步的；所述供源组件包括三氯化硼气柜和置于三氯化硼气柜的三氯化硼源瓶，三氯化硼源瓶与主管道连通，多组分管道分别与主管道连通，气态硼源由主管道输出，依次通过分管道与进气管输送至扩散炉内，一组扩散炉的进气管的数量设置为一组，一组分管道与一组扩散炉对应，一组主管道对应多组分管道，一组三氯化硼源瓶供给多组扩散炉或多组设备。

进一步的；所述石英管组件包括炉管、尾排管、TC管和炉门，尾排管和TC管位于石英管的底部，尾排管用于排出废气，TC管用于放置热电偶，工艺气体的充入方向为石英管的长度方向，石英管在长度方向进行分区，炉管的热场对石英管的各分区进行控温，多组硅片放置在石英舟上，装载硅片的石英舟通过载具放置在石英管内，载具采用桨或石英舟支撑结构，多组硅片沿工艺气体的充入方向分布。

进一步的；所述尾部匀流组件位于石英管的炉尾位置，尾部匀流组件包括炉尾匀流板和安装炉尾匀流板的炉尾固定件，炉尾匀流板上固设有若干贯穿的炉尾通孔，炉尾通孔采用圆孔、方孔或条形孔，尾部匀流组件用于工艺气体的匀流。进一步的；所述炉口匀流组件位于石英管的炉口位置，炉口匀流组件包括炉口匀流板和安装炉口匀流板的炉口固定件，炉口匀流板的横截面设置为“工”字形，炉口匀流板两侧的空位作为避桨位，桨插入空位对炉口匀流组件进行支撑，炉口匀流板的上部分固设有若干贯穿的炉口通孔，炉口通孔采用圆孔、方孔或条形孔，炉口匀流组件用于工艺气体的匀流。

进一步的；所述工艺气体的充入方向自炉尾向炉口充入，进气管、气路管、尾排管和TC管均位于炉尾一侧，尾排管和TC管由炉尾延伸至石英管内部，工艺气体自进气管输入，经炉尾匀流板以及炉尾通孔匀流，匀流的工艺气体流向位于炉尾位置的硅片，尾排管的抽气口延伸至炉口匀流板下方或超过炉口匀流板并伸至靠近炉口的位置，尾排管的抽气口位置、炉口匀流板以及炉口通孔的设计控制工艺气体以水平或近似水平气流的方式流过位于炉口的硅片。

进一步的；所述气路通道作为氢气和氮气输入通道，氢气、氮气以及气路通道的氧气通过气路通道充入石英管，氢气、氮气和氧气用于湿氧工艺。

进一步的；所述气路通道作为氢气和氮气输入通道，氢气、氮气、气路通道的氧气或/和气态硼源通过气路通道充入石英管，氢气、氮气、氧气或/和气态硼源用于石英炉管清洁工艺。

进一步的；所述主管道和分管道外侧包裹有伴热带，伴热带对气态硼源进行保温，输气管、进气管和分管道呈T型分布，一组供源组件与多组主管道连接，工艺气体的充入方向自炉口向炉尾充入，进气管、气路管安装在炉门上，尾排管、TC管贯穿炉门伸入石英管内或位于石英管靠近炉门的侧面，工艺气体自进气管输入，经炉口匀流板以及炉口通孔匀流，匀流的工艺气体流向位于炉口位置的硅片，尾排管的抽气口延伸至炉尾匀流板下方或超过炉尾匀流板并伸至靠近炉尾的位置，尾排管的抽气口位置、炉尾匀流板以及炉尾通孔的设计控制工艺气体以水平或近似水平气流的方式流过位于炉尾的硅片。

综上所述，本实用新型的有益之处在于：

1)、本实用新型采用一组三氯化硼源瓶可以供给多组扩散炉或多组设备，实现了集中供源的功能。

2)、本实用新型设计气路通道实现湿氧工艺、石英炉管清洁工艺。

3)、本实用新型将石英管分区，石英管的热场对石英管各分区进行控温，保证石英管整体温度均匀。

4)、本实用新型采用炉尾匀流板对工艺气体进行匀流，避免工艺气体集中喷到硅片上，提高了位于炉尾位置硅片的工艺均匀性，并采用炉口匀流板控制炉口的气流仍以水平或近似水平气流的方式流过硅片，提高了位于炉口位置硅片的工艺均匀性。

5)、本实用新型的尾排管抽气口延伸至炉口匀流板下方或超过炉口匀流板并伸至靠近炉口的位置，有效解决因尾排管在石英炉管底部抽气，导致气流偏下的问题，进一步提高了位于炉口位置硅片的均匀性，从而保证扩散方阻的一致性。

附图说明

图1为本实用新型的装置示意图。

图2为本实用新型中的炉尾匀流板示意图。

图3为本实用新型中炉尾匀流板的另一实施方式示意图。

图4为本实用新型的炉口匀流板装置示意图。

图5为本实用新型中炉口匀流板的另一实施方式示意图。

图中标识：供源组件1、主管道11、分管道12、伴热带13、石英管2、进气管 22、气路管23、尾排管24、TC管25、炉门26、炉管3、石英舟4、桨5、尾部匀流组件6、炉口匀流组件7、输气管8、气管9、炉尾匀流板61、炉尾通孔62、炉口匀流板71、炉口通孔72、空位73。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、横向、纵向……)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

实施例一：

如图1-5所示，一种硼扩散设备，包括供源装置和扩散炉，所述供源装置包括供源组件1、主管道11以及多组分管道12，所述扩散炉包括石英管组件和炉管3，所述石英管组件包括石英管2、尾部匀流组件6、炉口匀流组件7、进气管22和气路管23，进气管22、分管道12和输气管8连通，主管道11、分管道12以及进气管22形成工艺气体流通通道，气路管23与气管9连通形成气路通道，尾部匀流组件6和炉口匀流组件7控制工艺气体的分布状态。

所述工艺气体由气态硼源(BCl3源)、氧气和氮气构成，本设备采用气态硼源而非液态源的目的在于气态硼源跟气体混合更均匀，且气态硼源纯度更高，扩散效果更好，气态硼源由供源装置输送至扩散炉，氧气和氮气由输气管8输入，输气管8一端与外部设备连接，另一端与进气管22和分管道12连通，如图1所示，三者呈T型分布，外部设备产生的氧气和氮气通过输气管8输入并与气态硼源混合形成工艺气体，工艺气体通过进气管22充入石英管2，具体来说，供源装置的供源组件1包括三氯化硼气柜和置于三氯化硼气柜的三氯化硼源瓶，三氯化硼源瓶与主管道11连通，多组分管道12分别与主管道11连通，三氯化硼源瓶的气态硼源由主管道11输出，并依次通过分管道12与进气管22 输送至扩散炉内，本实施例中，一组扩散炉的进气管22的数量设置为一组，即一组分管道12与一组扩散炉对应，一组主管道11对应多组分管道12，故通过设计主管道11和分管道12，一组三氯化硼源瓶可以供给多组扩散炉或多组设备，实现了本设备集中供源的功能，主管道11和分管道12外侧包裹有伴热带13，伴热带13对气态硼源进行保温。

本实施例中，气路管23与气管9连通形成的气路通道作为氢气和氮气输入通道，具体来说，气管9一端与气路管23连通，另一端与外部设备连接，外部设备可采用氢气、氮气发生器或其他相关设备，氢气和氮气输入气路通道，并与氧气共同经气路管23充入石英管2反应实现湿氧工艺、石英炉管清洁工艺，当然也可加入气态硼源对石英炉管进行清洗。

所述扩散炉包括石英管组件和炉管3，石英管组件包括炉管3、尾排管24、 TC管25和炉门26，进气管22、气路管23、尾排管24和TC管25位于同一侧，如图1所示，尾排管24的抽气口、TC管延伸至石英管2内部，尾排管24和TC 管25位于石英管2的底部，尾排管24用于排出废气，TC管25用于放置热电偶，尾部匀流组件6和炉口匀流组件7位于石英管2内且分别位于石英管2的炉尾和炉口位置，通常工艺气体的充入方向是石英管2的长度方向，石英管2在长度方向进行分区，炉管3的热场对石英管2的各分区进行控温，保证石英管2 整体温度均匀。

多组硅片放置在石英舟4上，装载硅片的石英舟4通过载具放置在石英管2 内，载具可采用桨5或石英舟支撑结构(图未显示)，多组硅片沿工艺气体的充入方向分布，尾部匀流组件6和炉口匀流组件7位于石英舟4长度方向的两端。

工艺气体充入石英管2内，且充入方向为石英管2的长度方向，受气体向的影响，沿工艺气体的充入方向，工艺气体的浓度降低，而炉管3产生的热场对石英管2各分区进行温度控制，故在各分区温度受到控制的前提下，工艺气体的浓度越低，扩散方阻越高，本设备通过尾部匀流组件6和炉口匀流组件7 控制工艺气体的分布状态。

如图2-3所示，所述尾部匀流组件6位于石英管2的炉尾位置，所述尾部匀流组件6包括炉尾匀流板61和安装炉尾匀流板61的炉尾固定件(图未标识)，所述炉尾匀流板61的横截面设置为规则或非规则形状，优选为圆形，炉尾匀流板61上固设有若干贯穿的炉尾通孔62，炉尾通孔62可采用规则的孔型，如圆孔、方孔或条形孔等，或非规则孔型，炉尾通孔62的数量以及分布根据实际工艺需要设定。

如图4-5所示，所述炉口匀流组件7位于石英管2的炉口位置，所述炉口匀流组件7包括炉口匀流板71和安装炉口匀流板71的炉口固定件(图未标识)，所述炉口匀流板71的横截面设置为“工”字形，炉口匀流板71两侧的空位73 作为避桨位，桨5插入空位73对炉口匀流组件7进行支撑，炉口匀流板71的上部分固设有若干贯穿的炉口通孔72，炉口通孔72可采用规则的孔型，如圆孔、方孔或条形孔等，或非规则孔型，炉口通孔72的数量以及分布根据实际工艺需要设定。

所述工艺气体的充入方向可自炉口向炉尾充入，此时供源装置位于石英管2 的炉口一侧，进气管22、气路管23安装在炉门26上，尾排管24、TC管25贯穿炉门26伸入石英管2内或尾排管24出口位于石英管2靠近炉门26的侧面；工艺气体的充入方向也可自炉尾向炉口充入，在本实施例中如图1所示，进气管22、气路管23、尾排管24和TC管25均位于炉尾一侧，尾排管24和TC管 25由炉尾延伸至石英管2内部，工艺气体自进气管22输入，经炉尾匀流板61 以及炉尾通孔62，避免工艺气体集中喷到硅片上，提高了位于炉尾位置硅片的均匀性，尾排管24的抽气口延伸至炉口匀流板71下方或超过炉口匀流板71并伸至靠近炉口的位置，从而有效解决因尾排管24在石英炉管2底部抽气，导致气流偏下的问题，通过尾排管24的抽气口位置和炉口匀流板71的设计控制炉口的气流仍以水平或近似水平气流的方式流过硅片，提高了位于炉口位置硅片的均匀性，从而提高了扩散方阻的一致性。

在其他实施例中，一组供源组件1也可与多组主管道11连接。

显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种硼扩散设备,其特征在于：包括供源装置和扩散炉，所述供源装置包括供源组件、主管道以及多组分管道，扩散炉包括石英管组件，石英管组件包括石英管、尾部匀流组件、炉口匀流组件、进气管和气路管，进气管、分管道与输气管连通，形成工艺气体流通通道，气路管与气管连通形成气路通道，尾部匀流组件和炉口匀流组件分别位于石英管内，尾部匀流组件、炉口匀流组件控制工艺气体的分布状态。

2.根据权利要求1所述的一种硼扩散设备，其特征在于：所述供源装置输送气态硼源至扩散炉，输气管输送氧气和氮气，氧气、氮气和气态硼源混合形成工艺气体，工艺气体通过工艺气体流通通道充入石英管。

3.根据权利要求2所述的一种硼扩散设备，其特征在于：所述供源组件包括三氯化硼气柜和置于三氯化硼气柜的三氯化硼源瓶，三氯化硼源瓶与主管道连通，多组分管道分别与主管道连通，气态硼源由主管道输出，依次通过分管道与进气管输送至扩散炉内，一组扩散炉的进气管的数量设置为一组，一组分管道与一组扩散炉对应，一组主管道对应多组分管道，一组三氯化硼源瓶供给多组扩散炉或多组设备。

4.根据权利要求1所述的一种硼扩散设备，其特征在于：所述石英管组件包括炉管、尾排管、TC管和炉门，尾排管和TC管位于石英管的底部，尾排管用于排出废气，TC管用于放置热电偶，工艺气体的充入方向为石英管的长度方向，石英管在长度方向进行分区，炉管的热场对石英管的各分区进行控温，多组硅片放置在石英舟上，装载硅片的石英舟通过载具放置在石英管内，载具采用桨或石英舟支撑结构，多组硅片沿工艺气体的充入方向分布。

5.根据权利要求1所述的一种硼扩散设备，其特征在于：所述尾部匀流组件位于石英管的炉尾位置，尾部匀流组件包括炉尾匀流板和安装炉尾匀流板的炉尾固定件，炉尾匀流板上固设有若干贯穿的炉尾通孔，炉尾通孔采用圆孔、方孔或条形孔，尾部匀流组件用于工艺气体的匀流。

6.根据权利要求1所述的一种硼扩散设备，其特征在于：所述炉口匀流组件位于石英管的炉口位置，炉口匀流组件包括炉口匀流板和安装炉口匀流板的炉口固定件，炉口匀流板的横截面设置为“工”字形，炉口匀流板两侧的空位作为避桨位，桨插入空位对炉口匀流组件进行支撑，炉口匀流板的上部分固设有若干贯穿的炉口通孔，炉口通孔采用圆孔、方孔或条形孔，炉口匀流组件用于工艺气体的匀流。

7.根据权利要求1所述的一种硼扩散设备，其特征在于：所述工艺气体的充入方向自炉尾向炉口充入，进气管、气路管、尾排管和TC管均位于炉尾一侧，尾排管和TC管由炉尾延伸至石英管内部，工艺气体自进气管输入，经炉尾匀流板以及炉尾通孔匀流，匀流的工艺气体流向位于炉尾位置的硅片，尾排管的抽气口延伸至炉口匀流板下方或超过炉口匀流板并伸至靠近炉口的位置，尾排管的抽气口位置、炉口匀流板以及炉口通孔的设计控制工艺气体以水平或近似水平气流的方式流过位于炉口的硅片。

8.根据权利要求1所述的一种硼扩散设备，其特征在于：所述气路通道作为氢气和氮气输入通道，氢气、氮气以及气路通道的氧气通过气路通道充入石英管，氢气、氮气和氧气用于湿氧工艺。

9.根据权利要求1所述的一种硼扩散设备，其特征在于：所述气路通道作为氢气和氮气输入通道，氢气、氮气、气路通道的氧气或/和气态硼源通过气路通道充入石英管，氢气、氮气、氧气或/和气态硼源用于石英炉管清洁工艺。

10.根据权利要求1所述的一种硼扩散设备，其特征在于：所述主管道和分管道外侧包裹有伴热带，伴热带对气态硼源进行保温，输气管、进气管和分管道呈T型分布，一组供源组件与多组主管道连接，工艺气体的充入方向自炉口向炉尾充入，进气管、气路管安装在炉门上，尾排管、TC管贯穿炉门伸入石英管内或位于石英管靠近炉门的侧面，工艺气体自进气管输入，经炉口匀流板以及炉口通孔匀流，匀流的工艺气体流向位于炉口位置的硅片，尾排管的抽气口延伸至炉尾匀流板下方或超过炉尾匀流板并伸至靠近炉尾的位置，尾排管的抽气口位置、炉尾匀流板以及炉尾通孔的设计控制工艺气体以水平或近似水平气流的方式流过位于炉尾的硅片。

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