【干货】低压硼扩散炉工艺研究|开元7818网页版

1、前言：随着环境问题及能源问题的日益不利，人类对于洗手再生能源的注目超过了新的高度。太阳能作为最不具潜力的可再生能源之一，太阳能放电池技术日益成熟期，大大发展，高效电池的效率记录大大创下，各种有所不同技术路线的高效电池百花齐放。近两年，由于工艺成本的上升及工艺技术的成熟期，P－PERC电池渐渐沦为国内市场高效太阳电池的主流，还包括单／双面的单晶PERC，白硅多晶PERTC等，但P型电池的效率瓶颈及光衰微问题【1】也是p－PERC电池发展无法防止的障碍，因此国内光伏行业对各种更高效率前景以及无光衰的高效N型电池的注目程度，研发投放大大减少，N型电池的市场份额也有一定的快速增长。

N型硅片内部没B－O填充对，光致波动较P型硅片大幅度提高【2】，且其少子为带上正点的空穴，一些少见的金属离子例如Fe＋，Cu＋，Ni＋对其体寿命的影响较小，N型硅片的少子寿命往往低于P型硅片。另外，N型电池组件还具备弱光号召好，温度系数低等优点。【3】但N型电池的市场份额仍然较小主要原因还是技术成本及设备成本依然较高。

目前，少见的N型电池主要有四种：N－PERT，N－TopCon，IBC，HIT。其中IBC和HIT的最低效率分别可以超过24．2％和25．6％【4】，但由于其工艺简单，量产成本高，在市场占有上短期内没什么优势。

反而是近年来双面N－PERT及N－TopCon的工艺可玩性大大上升，设备与P型电池相容度低以及关键设备的国产化，市场份额大大减少，短期内或步入愈演愈烈。图1普通N型双面电池的结构示意图普通N型双面电池的结构示意图如图1右图，图中正反面的腐蚀层可以自由选择有所不同的材料，少见的还包括Al2O3，SiO2，SiO2＋Al2O3，α－Si等。在N型电池整个工艺流程中，PN结制取的质量是要求电池效率的关键步骤。目前，N型的PN结制取技术即掺入硼技术主要有四种：管式BBr3蔓延，旋涂硼源＋蔓延，APCVD硼源＋蔓延，离子注入＋热处理，其中管式BBr3蔓延由于工艺可玩性较低，性价比低，能有效地防止金属离子污染，少子寿命高等特点而沦为主流的硼掺入技术，但常压的BBr3蔓延炉在工艺生产过程中有很多问题仍必须解决问题。

【5－8】常压硼蔓延实沉积过程中，由于反应产物B2O3的沸点在1600℃以上，蔓延过程中一直正处于液态，不能以大量氮气溶解集中产于到硅片表面，蔓延均匀分布性难以掌控。【9】反应产物B与B2O3对石英器件的生锈相当严重，在恒温区外较慢加热凝结，不易导致尾管阻塞，引发常压蔓延石英炉门与石英炉管的黏附，确保成本高。针对常压硼扩的以上问题，糅合高压磷扩炉较常压磷扩炉的一些优势展现出，本次实验在高压硼蔓延炉展开涉及工艺实验以谋求一些问题的解决问题途径，设备搭配北方华创高压硼蔓延系统。

2、高压硼蔓延系统原理高压软着陆蔓延结构原理图如图2右图：图2高压软着陆蔓延系统原理图引进变频隔膜真空泵，在工艺过程中，随着工艺气量的变化，腔室一直平稳在一定的高压条件，在石英管内构成了平稳的气流方向。BBr3转入反应腔室后，在850－900℃条件下，与氧气反应生产的液态B2O3在N2的溶解及气流的起到下均匀分布的产于到硅片表面作为掺入源。与常压硼扩散工艺比起，在沉积和前进过程之前减少抽真空及检漏步，开炉门前必须减少充气步，而这些都是在进舟关炉门加剧过程及出有舟前的降温过程同步展开，总工艺时没额外减少。工艺可调节的参数减少了泵压力，源瓶压力等，各种工艺气体的变化对工艺结果的影响与常压工艺比起也再次发生了变化，因此各这些工艺参数的变化对高压硼阔工艺的影响必须展开新的思索，同时也可以较为高压与常压工艺的差异。

3、工艺涉及实验内容某种程度的工艺框架，即工艺步数及时间相同，高压硼扩散工艺可调节的参数还包括温度，泵压力，源瓶压力，各种反应气体的量及比例。由于与硅原子大小的差异，硼的热扩散过程较少见的磷热扩散要艰难，硼的热扩散方阻结果随温度的变化不是很脆弱，且温度的变化对常压及高压硼阔工艺的影响基本相同。

实验过程中就携源氮气流量，源瓶压力，氮气流量，泵压力对方阻及均匀分布性的影响展开了涉及研究。为了解决问题石英件寿命及粘合问题，展开了在线湿氧清除实验。高压工艺参数基准条件为：850－900℃通源20分钟展开实沉积，950－1000℃展开45分钟前进。

实沉积步源瓶压力为500－950mbar，氧气流量为100－2000sccm，携源氮气流量为200－800sccm，氮气流量为10－18slm，反应压力为400－800mbar。3．1、源流量在高压硼阔基准条件下，只转变携源氮气的流量，仔细观察携源氮气流量分别为500sccm，400sccm，300sccm，200sccm，100sccm时对蔓延方阻及均匀分布性的影响。

从图3中可以显现出，随着源流量的大大增大，总体平均值方阻大大减小，主要由于携源氮气量较小后，转入反应腔室的源浓度大大降低，单位时间沉积到硅片表面的掺入源增加，硅片表面方块电阻逆大。图3平均值方阻及片间均匀分布性与携源氮气量的关系源流量为300sccm时，片间均匀分布性较其他条件达到最佳。为了更佳的研究片间均匀分布性变化的原因，我们测试了每种源流量条件下，工艺炉管五个区域的方阻平均值及片间均匀分布性。

表格1有所不同源流量条件下，有所不同温区硅片方阻最大值、最小值、均值以及片内均匀分布性情况从表格1中可以显现出，当源流量小于300sccm时，炉尾区域方阻较其他方位显著上升，与口中区域方阻均值差距较小，造成片内均匀分布性变差。在测试方阻过程中也找到炉尾区域硅片中心点方阻较四周显著偏高，主要是由于工艺腔体使用尾端吸气，口端屁，源流量减小后，炉尾区域源浓度显著升高。当源流量大于300sccm时，炉口区域方阻较其他方位显著下降，当增大到100sccm时，炉口和口中方压出现异常，测试过程中展现出为中心点方阻相当严重偏高，主要是由于源流量大量增大后，大部分源在炉尾及尾中区域反应消耗，附近炉口的区域源浓度偏高，这些区域的硅片不能在四周部分获得部分掺入源，中心方位的掺入源更加较低，造成中心点方阻出现异常偏高，片内均匀分布性显著变差。

因此在工艺调试过程中，为了获得适合的片内及片间方阻，源浓度一定要必要。3．2、源瓶压力源瓶压力是高压硼阔独特的固定式参数之一，某种程度在高压硼阔基准条件下，只转变携同源源瓶压力的大小，仔细观察源瓶压力分别为850mbar，800mbar，750mbar，700mbar，650mbar时对蔓延方阻及均匀分布性的影响。工艺中源瓶压力数值代表源瓶屁端的压力，温度一定时，压力越高，源瓶蒸发量就越小，某种程度的携源氮气装载的源量越少，反之则越多。

图4平均值方阻及片内均匀分布性均值与源瓶压力的关系从图4中可以显现出，随着源瓶压力的增大，转入反应腔室的源激增，平均值方阻就越小，在750mbar时，片内均匀分布性平均值最佳。随着源瓶压力的变化，平均值方阻值变化不是相当大，但片内均匀分布性变化显著，因此在工艺调试过程中，必须综合考虑到携源氮气和源瓶压力的情况。另外，源浓度过低时，更容易在硅片的表面构成大量硼硅合金的富硼层，容易在先前清除工艺除去，从而带给EL不当和效率偏高等问题。【10】3．3、氮气流量在高压硼阔基准条件下，只转变氮气的流量，仔细观察氮气流量分别为11slm，13slm，，14．5slm，16slm，17slm时对蔓延方阻及均匀分布性的影响。

图4平均值方阻及片内均匀分布性均值与源瓶压力的关系气体条件一定时，压力增大，气体分子的权利程减少，高压条件下，硼蔓延的工艺气体分子权利程较常压条件持续性明显增加，某种程度不会造就液态B2O2分子的运动，但对于热扩散掺入，B2O2分子比重任然较小，除了在高压条件及气流的造就下，还必须大量的氮气将转入炉管的硼源溶解，落下溶解以及装载蔓延到离吸气枪更加近的方位。因此高压硼阔工艺过程中氮气流量虽然叫常压工艺有所增加，但任然较小，不同于高压磷阔工艺过程中的氮气量较常压磷不断扩大幅增加。从图4中可以显现出，氮气从17slm大大增大到13slm时，反应气体中的源比例减少，某种程度的炉管压力条件下，炉管中的源浓度减少，平均值方阻增大，但氮气从13增大到11时，平均值方阻反而减少，这是由于氮气浓度过少时，硼源无法蔓延到炉口区域，大部分的源沉积在炉管后段的硅片或石英管下面，炉管前段的硅片由于无法获得充裕的源，方阻出现异常增高，特别是在是炉口区域的硅片中心点方阻显著偏高，造成平均值方阻值减小，片内及片间均匀分布性变差。

因此在工艺调试过程中，氮气的量是十分最重要的工艺参数，太低时，除了方阻各向指标不合格，过多的源会逗留在石英管后段，加快石英件的生锈以及石英件的黏附。氮气流量过大时，气体转入石英管时流速过慢，炉尾部分源浓度不会大量降低，硅片中心点方阻易偏高，炉口部分的气流不会更为恐慌，过量的氮气同时也不会减少真空系统的开销。3．4、反应压力反应压力是高压硼阔另外一个独特的固定式工艺参数，在高压硼阔基准条件下，只转变泵压力的大小，仔细观察反应压力分别为700mbar，650mbar，550mbar，500mbar，400mbar时对蔓延方阻的影响。

图5平均值方阻与反应压力的关系实验找到，反应压力从550mbar正负变化50mbar时，平均值方阻变化并不大，但反应压力从600mbar减少到700mbar时，方阻有显著的减少，由于此时，抽速的减少，气流的弱化某种程度不会造成大量掺入源逗留在炉管尾端，炉尾后端的硅片方阻会明显降低，炉口区域硅片由于掺入源不充裕不会经常出现中心点方阻偏高现象，总体方阻均值有了显著的上升。反应压力从500mbar增大到400mbar时，方阻有显著的增高，由于抽速的减少，气流的造就起到让炉尾后端的硅片方阻显著增高，炉口区域方阻变化并不大，总体方阻某种程度不会显著下降。

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