[发明专利]掺杂硅晶片的方法

说明书

本发明提供了一种使用扩散炉(1)掺杂硅晶片(8)的方法，所述扩散炉(1)具有用于装载和卸载硅晶片(8)的门(2)、内部容积(6)、用于反应气体、掺杂气体和载气的气体入口(4)以及用于修改所述反应气体、所述掺杂气体和所述载气至扩散炉(1)的内部容积(6)中的流速的工具，所述方法包括下列步骤：将硅晶片(8)装载至扩散炉(1)中，至少在沉积时间中根据预定温度曲线加热扩散炉(1)，使反应气体、掺杂气体和载气同时流至内部容积(6)中并从扩散炉(1)卸载掺杂的硅晶片(8)，其中在反应气体、掺杂气体和载气同时流至扩散炉(1)的内部容积(6)中的沉积时间中，反应气体的流速与掺杂气体的流速之比从第一比率至第二比率改变至少一次和/或载气的流速从第一流速至第二流速改变至少一次。

技术领域

本发明涉及掺杂半导体组件的生产，特别是通过硅晶片的掺杂而形成的半导体组件，诸如光伏电池。

背景技术

这个工艺，例如，如例如US 6548378B1或US 2012/0083105A1中所述通常使用硼的硅晶片的P型掺杂，通常在扩散炉中进行，该扩散炉可实现为，例如水平或垂直炉。晶片沉积在炉内的支撑体上，该支撑体通常称为“晶舟”且通常由SiO₂或SiC制成，载气(例如，N₂或Ar)、掺杂剂(例如，液体BBr₃或BCl₃)和反应气体(例如，O₂、H₂或H₂O)的控制流引入到炉的内部容积中。

作为实例来看使用上述材料的工艺，在扩散工艺的第一阶段，沉积期间，蒸气BBr₃与反应室内的氧气遵循以下化学过程起反应：

4BBr₃+3O₂→2B₂O₃+6Br₂

液体B₂O₃在硅晶片上冷凝并发生如下反应以生成SiO₂和元素硼：

2B₂O₃+3Si→4B⁺+3SiO₂(硼硅酸盐玻璃)

主要是在扩散的第二阶段，驱进(drive-in)期间，元素硼扩散到硅晶片以及在硅表面原位生长的硼硅酸盐玻璃(BSG)层中。载气的作用是将掺杂剂和反应气体驱至硅晶片的表面。

自然地，在同时处理多个晶片时，为了获得性能明确的产品，获得相同的掺杂曲线是必不可少的。这种同时处理对于该工艺的任何工业应用来说是必不可少的，因为为了使制造成本最小化，应在短的工艺时间内且同时在大的晶片负载上获得至硅晶片中期望的掺杂浓度。

为了实现均匀掺杂，在沉积阶段期间气相循环确保布置在反应器整个长度上的晶片均匀润湿是必要的。众所周知，在操作条件下，气体的容积比、温度和压力是控制反应器中流体动力学和反应动力学的关键参数。然而，这种均匀润湿在工业生产中是特别难实现的，其中使用室相对较长且密集装填晶片的水平炉，并且气体通过室的其中一个壁，通常是端壁(如下面图1所示)引入水平炉中。

这些问题背后的原因是掺杂剂和反应气体的消耗发生了，即这些气体在被运载通过炉时部分使用了使得发生反应的空气改变了，例如，在端壁和可位于端壁相对侧的炉的门之间。

自然地，由于这些工艺很高的经济相关性，已进行了数次尝试以克服这个问题。传统地，已用于产生补偿这些影响的可能性的参数是温度。到目前为止，所使用的炉的共同特征在于它们为“区域炉”，这意味着在炉内部空间不同区域中的温度可单独调节。在US6548378B1的垂直炉中找到了这种方法的实例。

最近，在US 2012/0083105 A1中提出使用反应室内的压力作为参数以获得炉内部容积中晶片更均匀的润湿以及在减压条件下的操作。

发明内容