一種n型硅片熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料中的硅材料領(lǐng)域，特別是涉及一種η型硅片熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 硅材料是半導(dǎo)體技術(shù)的基礎(chǔ)，晶體硅片的制作是所有硅基半導(dǎo)體器件的基本材 料，其質(zhì)量直接影響半導(dǎo)體器件的性能。晶體硅片的主要技術(shù)指標(biāo)除電阻率外，還包括缺陷 和位錯(cuò)密度，雜質(zhì)濃度等，其電學(xué)性質(zhì)受制作過(guò)程中的熱應(yīng)力和雜質(zhì)元素所引起的載流子 復(fù)合中心的影響。隨著硅片尺寸不斷擴(kuò)大，硅片制作過(guò)程中的熱場(chǎng)分布以及由此產(chǎn)生的熱 應(yīng)力越來(lái)越難以控制，由此可能產(chǎn)生各種晶體缺陷和位錯(cuò)，形成載流子復(fù)合中心，最終影響 半導(dǎo)體器件的性能。
[0003] 單晶硅一般由直拉法(CZ法)和區(qū)熔法(FZ法)兩種方法制備。在CZ法中使用高純度 石英坩堝作為容器，硅原材料在高溫下溶解后會(huì)與石英反應(yīng)產(chǎn)生氧原子融于硅中，氧原子 通常結(jié)合在兩個(gè)硅原子之間的晶格位置，也就是通常所說(shuō)的間隙氧，其濃度大約為 lxl018cm-3,相當(dāng)于在1250度硅中的氧原子的固溶度。因此，在低于這個(gè)溫度的條件下，硅 片中的間隙氧原子總是處在過(guò)飽和狀態(tài)，只要硅片處在氧原子能夠移動(dòng)的溫度，氧原子就 會(huì)產(chǎn)生析出，或者形成團(tuán)簇沉淀(Cluster segregation)，團(tuán)簇的形態(tài)和性質(zhì)受溫度的影響 而異，甚至形成各種形態(tài)的熱施主(Thermal Donor)，這些熱施主在娃片使用過(guò)程中受工藝 溫度的影響發(fā)生改變，對(duì)半導(dǎo)體器件的工藝控制和器件性能產(chǎn)生影響。尤其在η型硅片，由 于η型摻雜元素的偏析系數(shù)(segregation coefficient)很小，在同一個(gè)娃錠中摻雜元素的 濃度分布差異大，導(dǎo)致硅片之間的電阻率差異大，從而影響硅片的電學(xué)性質(zhì)的均勻性。
[0004] 太陽(yáng)能光伏是一種新能源技術(shù)，太陽(yáng)能光伏電池是直接把太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化成電能的 能量轉(zhuǎn)化器件，也是一種泛半導(dǎo)體技術(shù)。在不同場(chǎng)合，不同教科書(shū)中，對(duì)其稱呼也稍有差異， 例如，英文中一般稱為"Solar cel 1"，也有稱之為"Photovoltaic cel 1"，或者 "Photovoltaic solar cell"，中文中對(duì)應(yīng)的名詞為"太陽(yáng)電池"，"光伏電池"，"光伏太陽(yáng)能 電池"等，這些名詞只是說(shuō)法不一，內(nèi)容和本質(zhì)完全相同。本發(fā)明中，選擇"太陽(yáng)電池"作為專 業(yè)名詞，對(duì)應(yīng)英文中的"Solar cell"。
[0005] 太陽(yáng)電池因材料和結(jié)構(gòu)而異具有多種類型，例如，晶體硅太陽(yáng)電池，薄膜硅太陽(yáng)電 池，銅銦鎵硒太陽(yáng)電池等。晶體硅太陽(yáng)電池中由于硅片結(jié)構(gòu)的差異又分為單晶硅太陽(yáng)電池 和多晶硅太陽(yáng)電池。為了提高晶體硅太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率，又出現(xiàn)了晶體硅與非晶硅薄膜 結(jié)合的異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，也就是通常所說(shuō)的晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，對(duì)應(yīng)英語(yǔ)中的 Hetero junction with intrinsic thin layer，簡(jiǎn)稱為SHJ太陽(yáng)電池，取自 Si 1 icon heterojunction solar cell。
[0006] 在太陽(yáng)電池中，由于硅材料的純度比半導(dǎo)體用的硅材料低，通常為7-9N，也就是雜 質(zhì)濃度相對(duì)較高，雜質(zhì)主要為以鐵為代表的過(guò)渡金屬(Transition metals)，這些金屬在娃 中形成深能級(jí)，捕捉載流子，降低硅片的載流子壽命以及太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，由于 直拉單晶中設(shè)備及工藝的限制，硅片中的氧含量也相對(duì)較高，氧含量的分布更容易受工藝 和熱場(chǎng)的影響形成不均勻分布，影響太陽(yáng)電池的性能以及各個(gè)電池片之間的均勻性，具有 代表性的現(xiàn)象是"同心環(huán)"，"黑心硅片"等，同樣降低硅片的載流子壽命以及太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn) 換效率。
[0007] 到目前為止，以上問(wèn)題大多通過(guò)改進(jìn)硅片制作中的工藝技術(shù)進(jìn)行控制和改進(jìn)，例 如，通過(guò)采用高純度的硅材料降低硅片中的雜質(zhì)含量，或者通過(guò)控制硅片制作工藝，包括晶 體生長(zhǎng)爐的溫度分布，硅錠的生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)方向等，使雜質(zhì)析出到硅錠的表面，降低內(nèi)部 的雜質(zhì)濃度，從而得到雜質(zhì)含量低的硅片。同時(shí)通過(guò)控制爐內(nèi)的溫度分布降低由于熱應(yīng)力 產(chǎn)生的晶體缺陷，但這些方法都比較復(fù)雜，也難以控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種η型硅片熱處理方法， 用于解決現(xiàn)有技術(shù)中η型硅片內(nèi)雜質(zhì)含量過(guò)高，影響太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的問(wèn)題。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種η型硅片熱處理方法，所述熱處 理方法至少包括：
[0010] 提供待處理的η型硅片，將所述η型硅片置于具有一定溫度的熱處理爐中，升溫至 一定值，往所述熱處理爐中通入氧氣，并且向所述η型硅片表面提供含有η型摻雜元素的擴(kuò) 散劑，以在所述η型硅片表面形成氧化硅層和η型摻雜層，熱處理完成后去除所述氧化硅層 和η型摻雜層。
[0011]作為本發(fā)明η型硅片熱處理方法的一種優(yōu)選的方案，所述熱處理爐中通入載氣，使 所述熱處理爐內(nèi)維持恒定的氣壓，所述氣壓為常壓或者在常壓附近正負(fù)0.5個(gè)大氣壓以內(nèi)， 所述載氣為氮?dú)?、氬氣或者氦氣中的一種或多種的混合氣體。
[0012] 作為本發(fā)明η型硅片熱處理方法的一種優(yōu)選的方案，所述含有η型摻雜元素的擴(kuò)散 劑為氣體或者固體，當(dāng)所述含有η型摻雜元素的擴(kuò)散劑為氣體時(shí)，所述含有η型摻雜元素的 擴(kuò)散劑在所述氧氣通入之前、或者之后、或者同時(shí)通入所述熱處理爐中；當(dāng)所述含有η型摻 雜元素的擴(kuò)散劑為固體時(shí)，在所述η型硅片置于熱處理爐之前，將所述含有η型摻雜元素的 擴(kuò)散劑以涂覆、印刷或者噴墨打印的方式形成在所述η型硅片的表面。
[0013] 作為本發(fā)明η型硅片熱處理方法的一種優(yōu)選的方案，將所述η型硅片置于熱處理爐 進(jìn)行熱處理之前，所述熱處理爐的溫度為600~800°C。
[0014] 作為本發(fā)明η型硅片熱處理方法的一種優(yōu)選的方案，在所述熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處 理的溫度范圍為800~1050°C。
[0015]作為本發(fā)明η型硅片熱處理方法的一種優(yōu)選的方案，在所述熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處 理的溫度分兩個(gè)階段，先在800~1050°C的高溫下進(jìn)行熱處理，再在600~800°C的低溫下進(jìn) 行熱處理。
[0016]作為本發(fā)明η型硅片熱處理方法的一種優(yōu)選的方案，形成的所述η型摻雜層的厚度 在10納米至1微米之間，所述η型摻雜層的濃度在1 X 1018cnf3至8 X 1021cnf3之間。
[0017]作為本發(fā)明η型硅片熱處理方法的一種優(yōu)選的方案，形成的所述氧化硅層的厚度 在10納米至5微米之間。
[0018]作為本發(fā)明η型硅片熱處理方法的一種優(yōu)選的方案，熱處理完成后，采用化學(xué)刻蝕 或者物理剝離的方法去除形成在所述η型硅片表面的氧化硅層和η型摻雜層。
[0019] 如上所述，本發(fā)明的η型硅片熱處理方法，包括:提供待處理的η型硅片，將所述η型 硅片置于具有一定溫度的熱處理爐中，升溫至一定值，往所述熱處理爐中通入氧氣，并且向 所述η型硅片表面提供含有η型摻雜元素的擴(kuò)散劑，以在所述η型硅片表面形成氧化硅層和η 型摻雜層，熱處理完成后去除所述氧化硅層和η型摻雜層。本發(fā)明的η型硅片通過(guò)熱處理之 后，可以降低η型硅片中由雜質(zhì)元素的濃度和熱應(yīng)力產(chǎn)生的復(fù)合中心，提高η型硅片中載流 子的壽命，從而提高太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的熱處理技術(shù)的溫度和氣體導(dǎo)入工藝曲線示意圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明熱處理爐的基本結(jié)構(gòu)以及η型硅片設(shè)置方法的示意圖。
[0022]圖3a為采用旋涂法涂覆含有η型摻雜元素的擴(kuò)散劑的示意圖。
[0023]圖3b為采用噴涂的方法涂覆含有η型摻雜元素的擴(kuò)散劑的示意圖。
[0024] 圖4為本發(fā)明制作η型太陽(yáng)電池的工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū) 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí) 施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0026] 請(qǐng)參閱附圖。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明 的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形 狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布 局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0027]本發(fā)明提供一種η型硅片熱處理方法，所述方法至少包括:提供待處理的η型硅片， 將所述η型硅片置于具有一定溫度的熱處理爐中，升溫至一