一种硼（B）扩散掺杂的方法技术

一种硼（B）扩散掺杂的方法，其步骤如下：（1）腐蚀清洗待掺杂的衬底表面，清洗完成后将衬底干燥；（2）扩散炉升温，同时向扩散石英管内导入大氮；当温度达到850-1050°C后，将步骤（1）制备好的清洁衬底放入扩散石英管恒温区，密封扩散炉炉口；待扩散炉温度稳定后，向扩散石英管内通入氧气、携带硼源的小氮和气态水；所述的大氮的流量为12-20slm/min；所述的氧气的流量为2000-5000sccm/min；所述的携源小氮的流量800-3000sccm/min；所述的气态水的流量范围为100-900sccm/min；（3）待扩散过程结束后将衬底取出冷却。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种晶体硅太阳能电池中的高温液态BBr3硼扩散制备方法。
技术介绍
硼扩散掺杂是太阳电池中实现高转换效率的关键之所在(MartinA. Green, Andrew W. Bikers, Jianhua Zhao,Adele M. MiInejAihua Wang,XimingDaij “Characterization of23_percent efficient silicon solar cells，，· IEEETransactions on Electron Devices. Vol. 37, 331-336 ； Jianhua Zhao，Aihua Wang, MartinA. Green, 24. 5% efficiency PERT silicon solar cells on SHE MCZ substrates andcell performance on other SHE CZ and FZ substrates, Solar Energy Materials&Solar Cells，66(2001)27-36)，其难点在于氧化硼(B2O3)沸点为 1860 ° C (Yaw’ sthermophysical properties of chemicals and hydrolarbous)，在一般扩散温度下呈液 态，扩散过程中在硅片表面沉积不均匀，其主要表现在扩散以后的硅片表面颜色分布不均匀，形成花片。所带来的问题在于难以实现硼的均匀扩散掺杂，主要表现在扩散后硅片表面掺杂层方阻分布不均匀，这种不均匀性对于大面积硅太阳电池衬底来说更加明显。为了能够降低氧化硼的沸点，解决硼(B)扩散的掺杂的均匀性问题，可以通过减小扩散管内的压强来实现，这种方法是目前ECN等研究机构及企业普遍釆用的方法，即低压高温扩散(A. R. Burgers, L J. Geerligsj A. J. Garrj A. Gutjahrj D. S. Saynovaj XiongJingfengj Li Gaofei et al.，“19.5% efficient n-type Si solar cells madein production，，，26th European Photovoltaic Solar Energy Conference andExhibition, 1144-1147)。低压硼(B)扩散能够取得较均匀的硼杂质分布，但是设备昂贵，目前文献报道较多的是与 ECN 合作的 Tempress 低压扩散炉(A. R. Burgers, L. J. Geerligsj A. J. Carr, A.Gutjahrj et al. , 19. 5% efficient n-type Si solar cells made in production, 26thEuropean Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition,5-9 September2011，Hamburg, Germany),再者，低压扩散炉需要性能良好的真空系统，提高了设备的造价，从而提高了太阳电池的生产成本。氮化硼(BN)固态源扩散能够实现较均匀的扩散掺杂层，但是所制备的器件稳定性差，成品率低(Makoto Miyoshij Naohiro Shimizu, etal., Investigation of Boron Diffusion into Silicon Using a Liquid BoronTribromide Source and Its Application to Buried-Gate-Type Static-InductionThyristors, Journal of The Electrichemical Society，152(8)G601-G607，2005)。常规硼高温扩散掺杂过程中所使用的气体有大氮、氧气、携源小氮。氧气和881'3在高温条件下发生反应4BBt;； + 302 ‘ 2B20s + Β ·>氧化硼在界面处与娃发生氧化还原反应生成单质硼，形成硼的扩散源Β:;〇，+ Si ‘ B + Si。扩散过程中生成的液态氧化硼无法实现在硅片表面均匀沉积，所以扩散后的硅片表面颜色不均匀成为花片，其直接结果是造成硅片表面掺杂层掺杂不均匀。反应中所形成的溴单质(Br2)在高温下对硅表面有腐蚀作用，所以常规工艺过程中向扩散石英管中导入过量的氧气。简言之，液态源BBr3硼扩散掺杂能够减轻器件受金属杂质污染的概率和程度，提高器件性能稳定性，但是不均匀性成为主要障碍。主要原因在于扩散过程中的反应物氧化硼(B2O3)在扩散温度下成液态，难以实现在扩散管内的均匀分布。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服液态BBr3硼扩散掺杂的上述缺点，提出一种实现液态BBr3硼(B)均匀扩散掺杂的方法，本专利技术可提高太阳电池的转换效率，并且操作方便、工艺简单、容易控制。本专利技术实现液态BBr3硼(B)均匀扩散掺杂的方法，在工艺过程中除了导入常规方法需要采用的氧气外，还向扩散石英管中导入了一定量的气态水。导入气态水的主要目的在于使扩散石英管内形成低沸点的硼化合物硼酸(H3BO3)或偏硼酸(H2BO3),促使氧化硼在 硅片表面均匀沉积，提高硼扩散掺杂层的均匀性，主要表现为扩散硅片表面颜色均匀，表面扩散层掺杂方阻均匀分布。本专利技术工艺过程发生的反应方程式有4 B Br, + 30； = 2 B2O., +Br2B2O3 + Si 二 B + SiH2O + B2Oi 二 H3BO,H2O fB2O3 ■= H2BO3BBi +HtOHB1+H2BO3所述气态水的作用在于(I)与B2O3发生反应，形成低沸点的硼酸(H3BO3)或偏硼酸(H2BO3),实现扩散石英管内硼化合物的气态分布，改善硼扩散掺杂层的均匀性；(2)与导入扩散石英管的掺杂源反应，形成低沸点的硼化合物硼酸或者偏硼酸；(3)改变了扩散石英管内部的氛围，促进硼向衬底硅中的扩散，提高了硼的扩散系数，从而可以降低扩散温度，减小高温效应对衬底材料的影响。本专利技术实现硼(B)均匀扩散掺杂的步骤如下(I)腐蚀清洗待掺杂的衬底表面，以去除表面损伤层，同时使衬底表面形成具有低表面反射率的表面，从而提高入射光的利用率。清洗完成后将衬底干燥备用。(2)升高扩散炉的温度，同时向扩散石英管内导入大氮作为保护气体。当温度达到850-1050° C后，将步骤(I)制备好的清洁衬底放入扩散石英管恒温区。密封扩散炉炉口，避免掺杂气体外泄造成人员伤亡或者环境污染。待扩散炉温度稳定后，进行硼(B)扩散掺杂工艺继续导入大氮，并向扩散石英管内导入氧气、携带硼源的小氮和气态水。所述的大氮的流量为12-20slm/min，主要起匀流的作用。所述的氧气的流量为2000-5000sccm/min,其主要作用在于高温条件下使硼源发生氧化还原反应，形成氧化硼。所述的携源小氮的流量800-3000sccm/min,其作用在于携带扩散硼源至扩散石英管内，提供扩散所需要的掺杂源。所述的气态水的流量范围为100-900sCCm/min，主要作用在于促使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼（B）扩散掺杂的方法，其特征在于所述的方法步骤如下：（1）腐蚀清洗待掺杂的衬底表面，清洗完成后将衬底干燥；（2）扩散炉升温，同时向扩散石英管内导入大氮；当温度达到850？1050°C后，将步骤（1）制备好的清洁衬底放入扩散石英管恒温区，密封扩散炉炉口；待扩散炉温度稳定后，继续导入大氮，并向扩散石英管内通入氧气、携带硼源的小氮和气态水；所述的大氮的流量为12？20slm/min；所述的氧气的流量为2000？5000sccm/min；所述的携源小氮的流量800？3000sccm/min；所述的气态水的流量范围为100？900sccm/min；（3）待扩散过程结束后将衬底取出冷却。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤叶华，周春兰，王文静，费建明，曹红彬，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：