[发明专利]利用极低质量运送系统的扩散炉及晶圆快速扩散加工处理的方法

说明书

技术领域

加工处理太阳能电池晶圆的连续输送扩散炉是用于借着使用在900-1100℃的范围内的辐射或/及红外线灯加热来导致P及/或B参杂物成分扩散到晶圆的硅(或其他先进材料)之中，而产生p-n接面的表面层或/及背表面电场层。更具体地说，本发明是针对一种太阳能电池扩散炉，其具有一个或多个点火区域以及一个超低质量、低摩擦的运送系统，在该系统中，晶圆是支撑在氧化铝管上，其较佳地包括有支座突出部来将晶圆隔开于管的上方。 

背景技术

制造以硅为基础的太阳能电池需要许多特定顺序的特别处理，其是以在结晶成长炉之中成长的单结晶硅铸块或是在方向性“凝结”炉中铸造成多结晶铸块开始。硅的薄切片是用从铸块是用“线锯”被横向地切削，用以形成粗制的太阳能电池晶圆。粗制切削晶圆接着被加工处理以形成光滑的150到330μm厚的裸晶圆，目前的典型厚度是140到180μm。 

这些裸晶圆是加工处理成有作用的太阳能电池，能够借着光电伏打效果来产生电力。晶圆加工处理是以称作扩散的2阶段处理程序开始，用以创造出半导体“p-n”，接面二极管，继之以一个第三金属化处理程序，在其中铝的糊状物涂层是以网板印刷在晶圆的前侧以及背侧上，并且接着被击发于p-n接面或是背侧的接触层之中，在此处它们是作分别用如同欧姆集极以及接地。 

扩散处理广泛地来说包含有二个阶段：涂敷(涂层)及干燥选择的参杂材料于晶圆前侧及/或背侧的第一阶段，继之以击发晶圆的第二阶段，用以导致参杂物扩散到硅(或是其他先进材料)晶圆基板之中，用以形成p-n接面层或是背侧的接触层。 

扩散是在存在有各种P供应源的情况下在高温下发生。参杂有P的硅形 成了PV电池的“射极”层，也就是在暴露于阳光(一般的光子源)时发射出电子的层。这些电子是由网版印刷金属接触器的微细网状物所收集，所述接触器被一个金属化炉烧结在电池的表面之中。 

P是透过高温扩散处理而被驱入晶圆之中，该高温扩散处理目前一般来说是持续20到30分钟。在扩散以及各种清洁之后，激光边缘烧蚀以及蚀刻加工处理是用来从晶圆侧边移除不想要的半导体接面，晶圆是被涂层以抗反射的涂层，一般来说是氮化硅(SiN₃)。 

在金属化期间，后侧表面是完全以铝基糊状物所覆盖，而前方或是顶部表面则以连接到较大总线导体的银基线的微细网络网版印刷，用以“收集”在位于下方的参杂硅射极或是接近表面的参杂区域之内所产生的电子。在干燥这些糊状物之后，它们是被“共同发射(co-fired)”。背侧表面的铝糊状物是形成合金，前方表面的糊状物则是在高速以及高温下在输送器类型的金属化炉之中被烧结，用以在太阳能电池的前方表面上形成光滑的、低欧姆阻力的导体。 

目前可以取得的用于扩散射击处理程序的IR输送炉具有一个长的、隔热的加热容室，在该加热容室之中，多个红外线灯大致上是在晶圆运送系统(金属线网输送带或是陶瓷滚子运送器)上方及下方均匀地分隔开(一般来说分开1.5英寸)。红外线(IR)灯将进入的硅晶圆温度增加到大约700℃到950℃。此温度是保持30分钟的扩散加工处理持续时间，在此之后，冷却及转移晶圆到下一个下游的处理操作以及设备。 

目前可以取得的扩散炉一般来说利用以下二种类型晶圆运送系统的其中一种：1)多个静态的(非纵向移动的)、实心陶瓷、旋转滚子；或是2)活动的(纵向地移动)金属线网输送带，用以运送晶圆通过炉的点火区域。为了要将晶圆背侧表面的金属污染降低到最低程度或是加以防止，静态的、陶瓷旋转滚子炉目前是较佳的。 

典型的传统式扩散炉是在400英寸长的规模，具有160个36英寸宽的红外线灯放置在滚子上方，从100到160个放置在下方。运送滚子的总质量是在800英磅的规模，并且被归类为高质量的运送系统。 

在如此的高质量、静态、固体、旋转滚子的扩散炉中，红外线灯是用掉大 量的时间来将扩散炉容室带到700℃到950℃范围的扩散温度。操作原理显然是由于由一个具有实质热容量的大型热质量所提供的热反转，经加热的滚子质量有助于将扩散炉从头到尾保持在更加均匀的温度。如此的扩散炉系统在短期来看是被认为如果遍及扩散炉各处的话，是能够补偿一个或数个红外线灯的故障，这是因为热的滚子是透过传导及对流继续提供热。滚子下方的红外线灯将滚子保持在热的状态，并且晶圆与滚子的接处可以借着热接触的传导帮助转移热到晶圆。由于在入口以及出口处的滚子并没有被与在扩散炉中心中的那些灯相同数目的灯所加热，运送器有的热的量变曲线是在入口处上升并且在出口处下降。