[发明专利]PN结和SE掺杂一次完成的扩散方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种PN结和SE掺杂一次完成的扩散方法。

背景技术

在向Si和GaAs等半导体内部掺入施主或者受主杂质原子时，因为施主或受主杂质原子的半径一般都比较大，要它们直接进入到半导体晶格中去是很困难的，最常采用的技术是热扩散，高温会使晶格产生出一些热缺陷，通过这些热缺陷的帮助这些杂质则较容易地扩散、并进入到半导体中去，对于热扩散技术来说，往往都需要较高的扩散温度。

管式扩散是热扩散最常用的主要方式之一。管式扩散是批次扩散，以间歇方式运行，每次需要将数百片被扩散物通过人工或特殊的工具垂直放在支架上，推进扩散炉中、并通入高纯氮气和三氯氧磷进行高温处理，然后冷却后取出，循环反复操作。管式扩散的优点是密闭操作，扩散环境洁净度高，电池转换效率高；其缺点是不能连续化作业，产能低、扩散成本高。同时由于掺杂物质扩散以气态方式预制在部件表面，扩散后方块电阻与扩散炉的热场分布、被扩散物在炉中的位置、炉体进气方式、炉中气流分布等有关，造成PN结方块电阻在同一部件表面均匀分布存在差异，通常每个部件四周方块电阻低于中间的方块电阻，不均匀性在5%以上。另外，管式扩散的掺杂物质源通常为液态三氯氧磷，为危险物品，一方面需要严加管理，另一方面要求扩散炉必须密封，否则在使用过程中一旦发生纰漏，可能造成人生安全伤害。

专利EP1010960A1涉及一个用于制备太阳电池的水平链式扩散炉,加热方式是红外加热，其中是用一定浓度的磷酸溶液替代危险的液态三氯氧磷均匀喷涂到硅片上，再将硅片在链式扩散炉中高温处理生成PN结，其指明硅片可以采用金属网带传送，金属炉带在使用过程中容易使被扩散物受到金属杂质的污染，还由于连续化设备炉内环境气氛洁净度不容易保证等原因，这种链式扩散炉制备的太阳电池效率比管式扩散方式制备的太阳电池的效率低0.1-0.2%，在传输过程中，硅片易跑偏，碎片率较高，当传送带离开炉体时，还会将热量带走，设备耗能高。该专利也介绍了一种用高纯陶瓷辊道代替镍铬合金金属网带传输电池片的方法，其描述的辊轴至少一部分由一系列透明辊轴连续排列组成，辊轴带有驱动可自行旋转，并按部件行进方向同步转动，部件可通过辊轴的摩擦力从一个辊轴运动到另一个辊轴。但该专利没有涉及如何保持炉内环境气氛的洁净度来保证扩散效果的问题，并且该设备没有SE功能。

专利CN1602554A阐述了一种烘箱，用于由半导体材料制成的光电装置，其特点是半导体材料的传输通过一系列陶瓷材料制成的辊子实现且辊子绕其自身的轴线旋转，作为一个对半导体材料进行热处理的连续化生产设备，该专利同样没有涉及如何保持炉内环境气氛的洁净度来保证使用效果的问题，该设备也没有SE功能。

选择性发射极(selective emitter简称SE)就是在发射极电极下硅表面上制作一个高掺杂浓度区域，金属电极制作在高浓度区域上，其他区域为低浓度区。用这种结构制作的硅太阳电池就是选择发射区电池，高掺杂区使金属和半导体的接触电阻下降，从而提高填充因子，低掺杂区提高电池的短路电流，因而可以提高电池的转换效率，比无SE电池的转化效率高1%以上。新南威尔士大学转换效率世界第一的PERL电池就是一种SE电池，它采用的是实验室工艺，即在热氧化的硅片上采用光刻技术制备SE窗口后采用热扩散形成高掺杂区，再酸洗掉氧化层后重新热扩散形成低掺杂区，一个SE电池需要几次氧化、光刻和扩散过程，大规模工业生产中很难推广。

还有一种SE制备工艺是将高浓度磷浆如电极栅线状印刷到硅片表面，然后将硅片放入常规扩散炉中进行扩散。高浓度磷浆在扩散过程中从印刷区挥发沉积到非印刷区，但这样挥发沉积得到的磷浓度过低，很难达到SE和低浓度区的扩散要求，需要在扩散时，通入氮气和三氯氧磷气体作为磷源的补充，因为使用了三氯氧磷，所以只能在密闭的管式扩散炉中完成。这种SE的制备技术需要在常规扩散之前增加一道磷浆印刷工序、并且不能实现连续化生产。

由以上可知，现有技术存在PN结和SE掺杂不能一次完成、连续化扩散设备生产的产品转换效率低、以及连续化扩散设备难以保证扩散环境气氛的洁净度等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种PN结和SE掺杂一次完成的扩散方法。该方法不但有效解决PN结和SE掺杂一次完成的问题，实现PN结和SE掺杂工艺的连续化生产，而且还解决连续化生产过程中扩散环境气氛的洁净度问题。