低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法
【專利摘要】一種低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，步驟如下：（1）腐蝕、清洗待制備的襯底表面，清洗完成后將襯底表面充分干燥；（2）將步驟(1)制備的清潔襯底浸泡在具有強氧化性的溶液中對硅片表面進行濕法化學(xué)氧化，然后將襯底表面充分干燥；（3）采用旋涂、噴涂的方式將0.5～20%wt.的磷鹽水溶液沉積在襯底表面，然后烘干；（4）采用絲網(wǎng)印刷方式將磷墨或者硅墨沉積在所述步驟（3）中旋涂有磷源的襯底表面上的電極區(qū)域，然后烘干；（5）擴散爐升溫，向擴散石英管內(nèi)導(dǎo)入大氮；當(dāng)溫度達到780-890℃后，將步驟（4）制備的清潔襯底放入擴散石英管恒溫區(qū)，密封擴散爐爐口。待擴散爐溫度穩(wěn)定后，向擴散石英管內(nèi)通入氧氣；（6）擴散過程結(jié)束后將襯底取出冷卻。
【專利說明】低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶體硅太陽能電池的低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]晶體硅太陽電池在光伏市場中仍獨占鰲頭，低成本、高轉(zhuǎn)換效率仍然是晶體硅太陽電池技術(shù)突破及生產(chǎn)革新的兩大目標(biāo)。在太陽電池研制、生產(chǎn)技術(shù)的不斷進步中，選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)太陽電池由于同時具備低串聯(lián)電阻和優(yōu)異的藍光響應(yīng)而備受青睞，激起了諸多研究人及生產(chǎn)的研究興趣。這種選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)太陽電池的特點在于發(fā)射極由重摻雜發(fā)射極區(qū)和輕摻雜發(fā)射極區(qū)共同構(gòu)成，故而稱之為選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)。其中重摻雜發(fā)射極又稱為重摻雜區(qū)、或重擴散區(qū)，具有高的表面濃度和結(jié)深，與太陽電池的電極區(qū)域相重合(一致)；其主要作用在于為太陽電池電極的歐姆接觸形成提供了必要條件，從而降低太陽電池的串聯(lián)電阻，提高填充因子；輕摻雜發(fā)射極又稱為輕摻雜區(qū)、或輕擴散區(qū)，具有低的表面濃度和結(jié)深，為太陽電池的非電極接觸區(qū)域，實現(xiàn)輕摻雜不僅能夠改善太陽電池的藍光響應(yīng)，從而提高太陽電池的短路電流，而且降低了太陽電池的復(fù)合，從而提高太陽電池的開路電壓。
[0003]為了能夠制備形成這種高效的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)太陽電池，至今已經(jīng)形成了多種制備方式。從襯底所經(jīng)歷的高溫次數(shù)來看，目前選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方式可以分為兩類，兩步高溫擴散法和一步高溫擴散法。兩步高溫擴散法中，為了實現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備，硅片需要進行兩次高溫擴散，刻槽埋柵太陽電池的制備就是采用這種方式來實現(xiàn)的(T.Bruton, S.Roberts, N.Mason 等人，2003.Proceedings of3rd WorldConference, 2003:899-902 ;Τ.Bruton, S.Roberts, N.Mason 等人，Conference Rcord ofthe31st IEEE, 2005:647-650),即以三氯氧磷(P0C12)液態(tài)源作為擴散源，將襯底分別進行高溫重擴散和高溫輕擴散(2009，晶澳(揚州)太陽能科技有限公司，200910037425.9)，其中高溫重擴散的實現(xiàn)就是在865?920°C高溫條件下擴散至少81min，高溫輕擴散工藝與重擴散工藝過程相近，溫度比高溫重擴散低25°C。通過兩步高溫擴散方式完成選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)制備所需要的時間至少為160min，具有很長的制備周期，不利于產(chǎn)量的提高和成本的降低。且兩次高溫擴散過程容易造成襯底硅片熱損傷的增多，降低襯底硅片質(zhì)量，從而降低所制備太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。一步高溫實現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的方式具體來說就是只進行一次高溫擴散的過程實現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備，具體有多種實現(xiàn)方式:(I)etching back方式，即以三氯氧磷作為擴散源，在高溫過程中實現(xiàn)硅片表面的整體重擴散，對電極區(qū)域進行掩膜保護后采用etching back方式對輕摻雜區(qū)域進行刻蝕(D.S.Ruby, P.Yang, M.Roy 等，Photovoltaic Specialists Conference, 1997.Conference Record ofthe26th IEEE, 1997:39-42.)，刻蝕液一般采用I?10%的氫氧化鉀溶液或者氫氧化鈉進行腐蝕，將太陽電池表面非電極區(qū)的區(qū)域進行刻蝕去除，從而形成選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)(江陰浚鑫科技有限公司，2010，201010510257.3 ;浙江晶科能源有限公司，2013，201310097455.5)。這種方法的不足在于所用高濃度堿溶液的腐蝕速率較快，不易控制，容易造成過刻；此外堿溶液的后期處理不方便，提高了硅片清洗的難度和周期，容易造成交叉污染，同時他會造成電池性能的衰減。(2)摻雜銀漿料方式，首先按照常規(guī)結(jié)構(gòu)太陽電池進行三氯氧磷液態(tài)源擴散制備均勻發(fā)射極，絲網(wǎng)印刷正面電極的銀漿料具有一定量的摻雜雜質(zhì)，即在太陽電池生產(chǎn)使用的正面銀漿料中摻入摻雜元素或者該元素的氧化物(2008，湖南大學(xué)，200810143090.4 ；M.Hilali, J.ff.Jeong, A.Rohatgi 等，Conference record of the29thIEEE, 2002:356-359.)，在電極共燒過程中實現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備。由于高溫條件下金屬槳料中Ag的擴散速率遠大于摻雜雜質(zhì)(磷、銻等元素)，這種方法容易造成太陽電池金屬污染或者發(fā)射極受損而降低轉(zhuǎn)換效率，因此這種方法不利于實際使用。(3)絲網(wǎng)印刷硅納米球，由于納米硅的熔點隨尺寸的變化能夠在一定溫度下與硅很好地鍵合，能夠促使一次擴散過程中在微納米硅結(jié)構(gòu)的表面形成重摻，因此有研究者提出了首先在硅片表面的電極區(qū)域通過印刷沉積硅納米球漿料或者化學(xué)腐蝕的方式形成納米結(jié)構(gòu)，再進行三氯氧磷高溫擴散從而實現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的方法(北京師范大學(xué)，2011，201110249977.3)。這種實現(xiàn)方式中，硅納米球漿料中含有苯、氯仿等傷害人體的劇毒物品；而腐蝕法使電極區(qū)形成納米結(jié)構(gòu)的方式是不易實現(xiàn)的。(4)激光摻雜技術(shù)，即硅片表面經(jīng)過正常的三氯氧磷液態(tài)源擴散后，再采用激光的方式在電極區(qū)域進行重摻雜(中國科學(xué)院電工研究所，2012，201210009252.1 ；Yehua Tang, Chunlan Zhou, Wenjing Wang 等，Solar Energy, Vol.95,2013 =265-270)從而實現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備。
[0004]還有很多實現(xiàn)方式，如先采用絲網(wǎng)印刷方式在電極接觸區(qū)域沉積重摻雜源，然后進行三氯氧磷液態(tài)源高溫擴散(蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司，2013，201310061898.9 ；J.Horzel, J.Szlufcik, J.Nijs 等，Conference Record of the26thIEEE, 1997:139-142.)。其共同的特點在于均是采用三氯氧磷進行高溫擴散，各種實現(xiàn)方式除上述不足外，其主要問題還在于:(l)etching back過程需要進行掩膜保護，流程復(fù)雜不易控制，不僅制備周期長，而且提高了制備成本；(2)在目前實現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)制備的方式中，均是采用三氯氧磷液態(tài)源實現(xiàn)高溫擴散摻雜，這是一種昂貴、非環(huán)境友好型的劇毒試劑；(3)三氯氧磷液態(tài)源擴散所實現(xiàn)的摻雜，其表面濃度在一般擴散溫度下能夠達到的表面濃度較高，在102°cm_3以上(廈門大學(xué)物理系半導(dǎo)體物理教育室編，半導(dǎo)體器件工藝原理，人民教育出版社出版)，容易形成硅片表面擴散死層，抑制了選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)太陽電池輕摻雜區(qū)的藍光響應(yīng)，不利于進一步改善入射光利用，也不利于進一步提高選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。簡言之，目前在實現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)太陽電池制備的各種方式中，都沒有避開三氯氧磷液態(tài)源高溫擴散的參與，所實現(xiàn)的輕摻雜區(qū)域表面濃度在IO20Cm-3以上，形成了輕摻雜區(qū)域表面的死層，抑制了太陽電池的藍光響應(yīng)，降低了選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)太陽電池轉(zhuǎn)換效率的進一步提聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服上述選擇性發(fā)射極制備方式的缺點，避免使用三氯氧磷液態(tài)，提出一種新的低表面濃度輕摻雜區(qū)域的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)制備方法。本發(fā)明能夠通過一步高溫擴散制備選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，所用試劑既便宜又環(huán)保、安全，不僅提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率，并且操作簡便、工藝簡單、容易控制。[0006]本發(fā)明低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極制備方法的步驟如下:
[0007]( I)腐蝕襯底表面
[0008]選擇硅片作為襯底。腐蝕清洗所述的襯底表面，以去除表面損傷層，同時使襯底表面形成具有低表面反射率的表面，從而提高入射光的利用率。清洗完成后將襯底表面充分干，可采用烘干、或者甩干、或者用氮氣吹干等方法干燥襯底表面，備用；
[0009](2)對襯底表面進行親水性處理
[0010]即將步驟(I)制備好的清潔襯底浸泡在具有氧化性的溶液中對襯底表面進行濕法化學(xué)氧化，使其表面具有良好的親水性能，然后采將襯底表面充分干燥，可烘干、或者甩干、或者用氮氣吹干；
[0011](3)輕摻區(qū)沉積磷源
[0012]采用旋涂或噴涂的方式，將磷源溶液均勻沉積在襯底表面，然后烘干；所述磷源溶液是采用不含金屬元素且可溶于水的磷酸銨鹽配制而成的水溶液；
[0013](4)重摻區(qū)沉積磷源
[0014]采用絲網(wǎng)印刷方式將磷墨或者硅墨沉積在步驟(3)得到旋涂磷源的襯底表面，然后烘干；
[0015](5) 一步高溫擴散形成選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)
[0016]擴散爐升溫，同時向擴散爐的擴散石英管內(nèi)導(dǎo)入大氮；當(dāng)擴散爐溫度達到780-890°C后，將經(jīng)步驟(4)沉積了磷源的襯底放入擴散石英管的恒溫區(qū)，密封擴散爐爐口，以保證擴散石英管內(nèi)溫度場及氣場的穩(wěn)定和均勻性。待擴散爐溫度穩(wěn)定后，向擴散石英管內(nèi)通入氧氣；所述大氮流量為6-30slm ;所述氧氣流量為0-3000SCCm ;整個擴散過程中均無需向擴散石英管中導(dǎo)入三氯氧磷液態(tài)源，節(jié)約成本的同時避免了劇毒物質(zhì)的使用。
[0017]總擴散時間約為45min ;
[0018](6)待擴散過程結(jié)束后將襯底取出、冷卻。至此，選擇性發(fā)射極制備完成，耗時約60mino
[0019]所述襯底硅片經(jīng)過表面腐蝕清洗后，硅片表面呈疏水性。為了在旋涂或者噴涂過程中實現(xiàn)輕摻雜磷源在硅片表面的均勻沉積，需要在沉積前對硅片表面進行親水性處理。所述硅片表面親水性處理，其特征在于將硅片浸泡在具有一定強氧化性的硝酸、或RCA三號液，RCA三號液為美國無線電公司“Radio Corporation of American”發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)清洗三號液、或RCA二號液,RCA二號液為美國美國無線電公司“Radio Corporation of American”發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)清洗二號液，或者雙氧水中進行濕法化學(xué)氧化，也可以采用陽極氧化等其他具有氧化效果的濕法化學(xué)氧化方式實現(xiàn)硅片表面的親水性處理。
[0020]所述輕摻區(qū)沉積磷源，其特征在于選用了操作簡便、容易控制的旋涂或者噴涂方式，便于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型和鏈?zhǔn)缴a(chǎn)。所述輕摻磷源，其特征在于它是采用不含金屬元素的可溶性磷鹽配制而成的水溶液，所述磷源在高溫條件下發(fā)生分解反應(yīng)，在硅片表面附著形成氧化磷，在界面處與硅發(fā)生置換反應(yīng)析出磷，由于濃度梯度的存在而實現(xiàn)磷向硅中的擴散。所述輕摻磷源的磷鹽水溶液，其特征在于均勻沉積后需要將硅片在一定溫度下(約100°C )烘干，避免潮濕表面對后續(xù)工藝造成影響而形成花片。所述輕摻區(qū)的表面濃度，其特征在于能夠通過輕摻磷源中磷鹽的濃度及擴散溫度進行調(diào)節(jié)，從而控制擴散層表面濃度，實現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)輕摻區(qū)雜質(zhì)具有低的表面濃度。[0021 ] 所述重摻區(qū)沉積磷源，其特征在于選用了目前太陽電池生產(chǎn)中廣泛使用的絲網(wǎng)印刷技術(shù)實現(xiàn)磷源在電極區(qū)域的沉積、分布。所述重摻磷源可為磷墨或硅墨，其重摻區(qū)域與電池電極圖案區(qū)一致，保證電極制備過程中歐姆接觸的形成。所述重摻磷源，其特征還在于源內(nèi)含有機溶劑，在進行高溫擴散之前需充分烘干，避免高溫條件下有機溶劑污染擴散爐和襯底。
[0022]本發(fā)明的制備方法，其特征在于僅需進行一次高溫過程即可實現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備，整個高溫過程中擴散石英管中僅導(dǎo)入做保護用的惰性氣體(氮氣)及適量氧氣，無需導(dǎo)入昂貴而劇毒的三氯氧磷液態(tài)源，不僅能夠降低成本、而且所形成的輕摻區(qū)具有低的表面濃度，能夠改善藍光響應(yīng)，提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率。
[0023]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:(1)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的輕摻雜區(qū)域擴散源為環(huán)境友好型磷鹽水溶液，通過控制溶液濃度、擴散溫度及工藝時間能夠在很大范圍內(nèi)調(diào)整輕摻雜區(qū)域的雜質(zhì)表面濃度及擴散結(jié)深，達到降低選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)輕摻雜區(qū)域雜質(zhì)表面濃度的目的，從而改善選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)太陽電池的藍光響應(yīng)、提高轉(zhuǎn)換效率。(2)輕摻雜區(qū)的源沉積采用旋涂或者噴涂方式，而重摻雜區(qū)的源沉積方式為絲網(wǎng)印刷方式，所用設(shè)備性能穩(wěn)定，工藝簡單，操作方便，可重復(fù)性強，產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型快；(3)源沉積均勻，提高了硼擴散摻雜的片內(nèi)及片間均勻性，有利于改善備大面積太陽電池制備的均勻性及集中性；(4)減少高溫時間，縮短了太陽電池的制備周期，同時能夠減少高溫過程對硅片襯底造成的熱損傷，改善電池輸出性能；(5)通過一步高溫擴散實現(xiàn)了選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備，簡化了生產(chǎn)流程；
(6)整個太陽電池制備過程中擯棄了劇毒、昂貴的常規(guī)三氯氧磷液態(tài)源，實現(xiàn)廉價、安全、環(huán)保的制備方式；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1本發(fā)明一種低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法的制備流程圖；
[0025]圖2本發(fā)明一種低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)制備方法所實現(xiàn)的輕摻雜區(qū)雜質(zhì)(磷)分布圖；
[0026]圖3本發(fā)明一種低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)制備方法所實現(xiàn)的重摻雜區(qū)雜質(zhì)(磷)分布圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
[0028]本發(fā)明實現(xiàn)低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于整個擴散過程中避免高表面濃度的三氯氧磷液態(tài)源擴散，以磷鹽配制的水溶液均勻沉積在硅片表面上并干燥后在需要實現(xiàn)重摻雜的電極區(qū)域采用絲網(wǎng)印刷的方式沉積上能夠?qū)崿F(xiàn)重摻雜的硅墨或者磷墨，并干燥，然后采用高溫擴散/氧化爐設(shè)備在氮氣氛圍下進行擴散，從而實現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的一步高溫擴散制備。
[0029]為了能夠更詳盡地介紹本發(fā)明一種低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，本實施方式中對所實現(xiàn)的各個步驟進行詳盡描述，而在實際操作過程中，可以將襯底的腐蝕清洗干燥一步與表面親水性處理一步進行整合、集成，從而形成一個鏈?zhǔn)讲襟E，即“表面腐蝕一清洗一親水性處理一烘干”。
[0030]具體來說，本發(fā)明一種低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法的實現(xiàn)方式如圖1所示。首先執(zhí)行步驟101，將襯底硅片表面進行制絨清洗及干燥處理，以除去硅片在切割過程中造成的表面損傷層。經(jīng)過清洗和干燥處理后的硅片表面具有很好的表面疏水性能，如果直接沉積源溶液，不易得到均勻的表面源層，因此需要執(zhí)行步驟102，對硅片表面進行親水性處理及干燥，使硅片表面具有良好的親水性，并通過烘干或者甩干等方式使硅片表面干燥后備用。在經(jīng)步驟102處理后，執(zhí)行步驟103，通過噴涂或者旋涂的方式將配置好的磷鹽源溶液均勻沉積在硅片表面的其中一面，并采用鎢燈或者電熱板的方式在約100°C條件下烘干。然后進行步驟104處理，即采用絲網(wǎng)印刷的方式在沉積了輕摻雜源的硅片表面上實現(xiàn)重摻雜的區(qū)域，即太陽電池中的電極接觸區(qū)域，沉積重摻雜源，并采用鎢燈或者電熱板的方式在約200°C條件下烘干。將此硅片以“背靠背”的方式裝置在擴散石英舟中進行高溫擴散過程，即步驟105，至此即完成了晶體硅太陽電池中選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備。
[0031]步驟103中在硅片表面沉積的磷源溶液均勻分布在硅片表面，經(jīng)過步驟105后所實現(xiàn)的發(fā)射極對應(yīng)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)中的輕摻雜區(qū)域，通過調(diào)節(jié)源溶液的濃度及工藝溫度能夠控制摻雜的表面濃度及擴散結(jié)深，從而得到低表面濃度的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的輕摻雜區(qū)域。步驟104在硅片表面沉積的雜質(zhì)源與所實現(xiàn)太陽電池的正面電極區(qū)域相互重合，所沉積的雜質(zhì)源能夠提供過量的雜質(zhì)磷源，經(jīng)過高溫步驟105后所實現(xiàn)的發(fā)射極對應(yīng)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)中的重摻雜區(qū)域，從而得到高表面濃度的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的重摻雜區(qū)域。步驟105過程中無需向擴散石英管中導(dǎo)入三氯氧磷液態(tài)源。
[0032]在以下具體的實施方案及實施例中，所用擴散爐為德國Centrotherm公司“高溫擴散/氧化設(shè)備”(型號=Centrotherm E2000HT300-4)的閉管軟著陸擴散爐。所有給出的方阻平均值為采用廣州市昆德科技有限公司“KDY-1型四探針電阻率/方阻測試儀”對擴散硅片方阻值進行多點測試結(jié)果的平均值。為了能夠?qū)λ昧}溶液對低表面濃度輕摻雜區(qū)域的影響做全面介紹，以下實施例中所用低表面濃度輕摻雜磷源均是磷酸銨鹽配制而成的水溶液。
[0033]實施例1:
[0034]1、將襯底為156X 156mm2的P型晶體硅片(多晶)進行酸腐蝕制絨、RCA清洗并氮
氣吹干后備用。
[0035]2、即將步驟I中制備好的清潔硅片浸泡在硝酸液溶液中，對硅片表面進行濕法化學(xué)氧化，使其表面具有親水性，然后采用氮氣將硅片吹干后備用，也可以烘干或者甩干。
[0036]3、配制濃度為1.0%wt.的磷鹽溶液，作為選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)輕摻雜區(qū)的高溫擴散源。溶液配制完成后，采用勻膠機將配制好的磷鹽溶液均勻旋涂沉積在步驟2中制備好的硅片表面，形成磷鹽擴散源，然后烘干備用。
[0037]4、采用絲網(wǎng)印刷的方式在步驟3制備的旋涂有磷鹽擴散源的硅片表面上需要實現(xiàn)重摻雜的圖形區(qū)域沉積硅墨，烘干后備用，或者將烘干后的硅片直接在擴散夾具，即擴散石英舟中裝載好后備用。
[0038]5、向擴散爐內(nèi)通入大氮6slm，待擴散爐的溫度升高到750°C后，將步驟4中裝載好硅片的擴散石英舟緩慢推進擴散石英管恒溫區(qū)。硅片放置到位后，密封擴散爐爐口。[0039]6、提升擴散爐溫度，升溫速率為10°C /min，待擴散爐溫度穩(wěn)定為780°C后，向擴散石英管內(nèi)同時導(dǎo)入大氮6slm,氧氣3000sccm,攜源小氮Osccm, 20min內(nèi)保持該溫度穩(wěn)定不變。然后以15°C /min的降溫速率進行降溫，設(shè)定時間5min，至此完成低表面濃度選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)一步高溫擴散的制備。
[0040]7、擴散完成后，緩慢將裝載硅片的石英舟從擴散石英管中拉取出來，待硅片溫度達到室溫時方取出硅片，本實施例整個過程完成需要時間約為60min。
[0041]8、采用“KDY-1型四探針電阻率/方阻測試儀”對所制備的輕摻雜發(fā)射極的擴散層方阻進行多點測試，其平均方阻為215.6 Ω / □，方阻測試值不均勻性為15.63%。
[0042]實施例2:
[0043]1、將襯底為156X 156mm2的P型晶體硅片(多晶)進行酸腐蝕制絨、RCA清洗并氮
氣吹干后備用。
[0044]2、即將步驟I中制備好的清潔硅片浸泡在RCA-二號液溶液中，對硅片表面進行濕法化學(xué)氧化，使其表面具有親水性，然后采用氮氣將硅片吹干后備用，也可以烘干或者甩干。
[0045]3、配制磷鹽水溶液，其濃度為0.5%wt.作為選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)輕摻雜區(qū)的高溫擴散源。溶液配制完成后，采用勻膠機將配制好的磷鹽溶液均勻旋涂沉積在步驟2中制備好的硅片表面，形成磷鹽擴散源，然后烘干備用。
[0046]4、采用絲網(wǎng)印刷的方式在步驟3中均勻旋涂有磷鹽擴散源的硅片表面上需要實現(xiàn)重摻雜的圖形區(qū)域沉積硅墨，烘干后備用，或者將烘干后的硅片直接在擴散夾具，即擴散石英舟中裝載好后備用。
[0047]5、向擴散石英管內(nèi)通入大氮IOslm，待溫度升高到830°C后，將裝載好步驟4中制備好的硅片的石英舟緩慢推放進擴散石英管恒溫區(qū)。硅片放置到位后，密封擴散爐爐口。
[0048]6、提升擴散爐溫度，升溫速率為10°C /min，待擴散爐溫度穩(wěn)定為890°C后，向擴散石英管內(nèi)同時導(dǎo)入大氮IOslm,氧氣1500sccm,攜源小氮Osccm, 20min內(nèi)保持該溫度穩(wěn)定不變。然后以15°C /min的降溫速率進行降溫，設(shè)定時間5min，至此完成低表面濃度選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)一步高溫擴散的制備。
[0049]7、擴散完成后，緩慢將裝載硅片的石英舟從擴散石英管中拉取出來，待硅片溫度達到室溫時方取出硅片，本實施例整個過程完成需要時間約為60min。
[0050]8、采用“KDY-1型四探針電阻率/方阻測試儀”對所制備的輕摻雜發(fā)射極的擴散層方阻進行多點測試，其平均方阻為110.4Ω/ □，方阻測試值不均勻性為8.79%。
[0051]實施例3:
[0052]1、將襯底為156X 156mm2的P型晶體硅片(多晶)進行酸腐蝕制絨、RCA清洗并氮
氣吹干后備用。
[0053]2、即將步驟I中制備好的清潔硅片浸泡在RCA-三號液溶液中，對硅片表面進行濕法化學(xué)氧化，使其表面具有親水性，然后采用氮氣將硅片吹干后備用，也可以烘干或者甩干。
[0054]3、配制磷鹽水溶液，其濃度為20.0%wt.作為選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)輕摻雜區(qū)的高溫擴散源。溶液配制完成后，采用勻膠機將配制好的磷鹽源溶液均勻旋涂沉積在步驟2中制備好的硅片表面，形成磷鹽擴散源，然后烘干備用。[0055]4、采用絲網(wǎng)印刷的方式在步驟3中均勻旋涂有磷鹽擴散源的硅片表面上需要實現(xiàn)重摻雜的圖形區(qū)域沉積磷墨，烘干后備用，或者將烘干后的硅片直接在擴散夾具，即擴散石英舟中裝載好后備用。
[0056]5、向擴散石英管內(nèi)通入大氮20slm，待溫度升高到800°C后，將裝載好步驟4中制備好的硅片的石英舟緩慢推放進擴散石英管恒溫區(qū)。硅片放置到位后，密封擴散爐爐口。
[0057]6、提升擴散爐溫度，升溫速率為10°C /min，待擴散爐溫度穩(wěn)定為860°C后，向擴散石英管內(nèi)同時導(dǎo)入大氮IOslm,氧氣1500sccm,攜源小氮Osccm, 20min內(nèi)保持該溫度穩(wěn)定不變。然后以15°C /min的降溫速率進行降溫，設(shè)定時間5min，至此完成低表面濃度選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)一步高溫擴散的制備。
[0058]7、擴散完成后，緩慢將裝載硅片的石英舟從擴散石英管中拉取出來，待硅片溫度達到室溫時方取出硅片，本實施例整個過程完成需要時間約為60min。
[0059]8、采用“KDY-1型四探針電阻率/方阻測試儀”對所制備的輕摻雜發(fā)射極的擴散層方阻進行多點測試，其平均方阻為45.85 Ω/ □，方阻測試值不均勻性為8.41%。
[0060]實施例4:
[0061]1、將襯底為156X 156mm2的P型晶體硅片(多晶)進行酸腐蝕制絨、RCA清洗并氮
氣吹干后備用。
[0062]2、即將步驟I中制備好的清潔硅片浸泡在雙氧水溶液中，對硅片表面進行濕法化學(xué)氧化，使其表面具有親水性，然后采用氮氣將硅片吹干后備用，也可以烘干或者甩干。
[0063]3、配制磷鹽水溶液，其濃度為9.3%wt.作為選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)輕摻雜區(qū)的高溫擴散源。溶液配制完成后，采用勻膠機將配制好的磷鹽源溶液均勻旋涂沉積在步驟2中制備好的硅片表面，形成磷鹽擴散源，然后烘干備用。
[0064]4、采用絲網(wǎng)印刷的方式在步驟3中均勻旋涂有磷鹽擴散源的硅片表面上需要實現(xiàn)重摻雜的圖形區(qū)域沉積磷墨，烘干后備用，或者將烘干后的硅片直接在擴散夾具，即擴散石英舟中裝載好后備用。
[0065]5、向擴散石英管內(nèi)通入大氮30slm，待溫度升高到800°C后，將裝載好步驟4中制備好的硅片的石英舟緩慢推放進擴散石英管恒溫區(qū)。硅片放置到位后，密封擴散爐爐口。
[0066]6、提升擴散爐溫度，升溫速率為10°C /min，待擴散爐溫度穩(wěn)定為860°C后，向擴散石英管內(nèi)同時導(dǎo)入大氮30slm,氧氣Osccm,攜源小氮Osccm, 20min內(nèi)保持該溫度穩(wěn)定不變。然后以15°C /min的降溫速率進行降溫，設(shè)定時間5min，至此完成低表面濃度選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)一步高溫擴散的制備。
[0067]7、擴散完成后，緩慢將裝載硅片的石英舟從擴散石英管中拉取出來，待硅片溫度達到室溫時方取出硅片，本實施例整個過程完成需要時間約為60min。
[0068]8、采用“KDY-1型四探針電阻率/方阻測試儀”對所制備的輕摻雜發(fā)射極的擴散層方阻進行多點測試，其平均方阻為62.57 Ω/ □，方阻測試值不均勻性為8.30%。
[0069]圖2所示為本發(fā)明低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法所實現(xiàn)輕摻雜區(qū)域雜質(zhì)分布測試SIMS圖，可看出，通過磷鹽作為輕摻雜源所實現(xiàn)的輕摻雜區(qū)域表面濃度為1019cm_3,結(jié)深約為0.25 μ m,對應(yīng)擴散層方阻為95 Ω / 口。
[0070]圖3所示為本發(fā)明低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法所實現(xiàn)重摻雜區(qū)域雜質(zhì)分布測試SIMS圖，可看出，通過本發(fā)明一種低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法所實現(xiàn)重摻雜區(qū)域表面濃度為1021cm_3，結(jié)深約為0.45 μ m,對應(yīng)擴散層方阻為43Ω / 口。
【權(quán)利要求】
1.一種低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法,其特征在于所述的制備方法步驟如下: (1)腐蝕襯底表面:腐蝕清洗 待制備的襯底表面，清洗完成后將襯底表面充分干燥； (2)對襯底表面進行親水性處理:將步驟(1)制備好的清潔襯底浸泡在氧化性溶液中，對襯底表面進行濕法化學(xué)氧化，使其表面具有良好的親水性，然后將襯底表面充分干燥； (3)輕摻區(qū)沉積磷源:采用旋涂或噴涂的方式，將磷源溶液沉積在襯底的其中一面，然后烘干； (4)重摻區(qū)沉積磷源:以步驟(3)制備的襯底為基片，采用絲網(wǎng)印刷方式將磷墨或者硅墨沉積在旋涂了磷源的襯底表面上需要制備電極的區(qū)域，然后烘干； (5)擴散制備選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu):擴散爐升溫，同時向擴散爐的擴散石英管內(nèi)導(dǎo)入大氮；當(dāng)擴散爐溫度達到780-890°C后，將步驟(4)制備的清潔襯底放入擴散石英管的恒溫區(qū)，密封擴散爐爐口 ；待擴散爐溫度穩(wěn)定后，向擴散石英管內(nèi)導(dǎo)入氧氣；所述的大氮流量為6-30slm ;所述氧氣的流量為0-3000sccm，所需時間約為45min ； (6)冷卻取片:待擴散過程結(jié)束后將襯底取出冷卻。
2.按照權(quán)利要求1所述的低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的步驟(2)中所述對襯底表面親水性處理的方法是:將襯底浸泡在具有強氧化性的溶液中進行濕法化學(xué)氧化，使硅片襯底表面形成一薄層氧化硅膜；所述的強氧化性溶液包括硝酸或RCA三號液或RCA 二號液或者雙氧水，或采用陽極氧化進行表面氧化。
3.按照權(quán)利要求1所述的低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的襯底為娃片。
4.按照權(quán)利要求1所述的低表面濃度輕摻雜區(qū)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的輕摻雜磷源為磷鹽配制的水溶液；所述磷鹽配制水溶液的濃度范圍為0.5~20%wto
【文檔編號】H01L31/18GK103904141SQ201410058702
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】湯葉華, 周春蘭, 陳朋, 費建明, 王文靜, 王磊, 王亞勛, 王孟, 夏建漢 申請人:中國科學(xué)院電工研究所, 歐貝黎新能源科技股份有限公司