一種n型硅片熱處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體材料中的硅材料領域，特別是涉及一種η型硅片熱處理方法。
【背景技術】
[0002] 硅材料是半導體技術的基礎，晶體硅片的制作是所有硅基半導體器件的基本材 料，其質量直接影響半導體器件的性能。晶體硅片的主要技術指標除電阻率外，還包括缺陷 和位錯密度，雜質濃度等，其電學性質受制作過程中的熱應力和雜質元素所引起的載流子 復合中心的影響。隨著硅片尺寸不斷擴大，硅片制作過程中的熱場分布以及由此產生的熱 應力越來越難以控制，由此可能產生各種晶體缺陷和位錯，形成載流子復合中心，最終影響 半導體器件的性能。
[0003] 單晶硅一般由直拉法(CZ法)和區熔法(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與石英反應產生氧原子融于硅中，氧原子 通常結合在兩個硅原子之間的晶格位置，也就是通常所說的間隙氧，其濃度大約為 lxl018cm-3,相當于在1250度硅中的氧原子的固溶度。因此，在低于這個溫度的條件下，硅 片中的間隙氧原子總是處在過飽和狀態，只要硅片處在氧原子能夠移動的溫度，氧原子就 會產生析出，或者形成團簇沉淀(Cluster segregation)，團簇的形態和性質受溫度的影響 而異，甚至形成各種形態的熱施主(Thermal Donor)，這些熱施主在娃片使用過程中受工藝 溫度的影響發生改變，對半導體器件的工藝控制和器件性能產生影響。尤其在η型硅片，由 于η型摻雜元素的偏析系數(segregation coefficient)很小，在同一個娃錠中摻雜元素的 濃度分布差異大，導致硅片之間的電阻率差異大，從而影響硅片的電學性質的均勻性。
[0004] 太陽能光伏是一種新能源技術，太陽能光伏電池是直接把太陽光能轉化成電能的 能量轉化器件，也是一種泛半導體技術。在不同場合，不同教科書中，對其稱呼也稍有差異， 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"，中文中對應的名詞為"太陽電池"，"光伏電池"，"光伏太陽能 電池"等，這些名詞只是說法不一，內容和本質完全相同。本發明中，選擇"太陽電池"作為專 業名詞，對應英文中的"Solar cell"。
[0005] 太陽電池因材料和結構而異具有多種類型，例如，晶體硅太陽電池，薄膜硅太陽電 池，銅銦鎵硒太陽電池等。晶體硅太陽電池中由于硅片結構的差異又分為單晶硅太陽電池 和多晶硅太陽電池。為了提高晶體硅太陽電池的轉換效率，又出現了晶體硅與非晶硅薄膜 結合的異質結太陽電池，也就是通常所說的晶體硅異質結太陽電池，對應英語中的 Hetero junction with intrinsic thin layer，簡稱為SHJ太陽電池，取自 Si 1 icon heterojunction solar cell。
[0006] 在太陽電池中，由于硅材料的純度比半導體用的硅材料低，通常為7-9N，也就是雜 質濃度相對較高，雜質主要為以鐵為代表的過渡金屬(Transition metals)，這些金屬在娃 中形成深能級，捕捉載流子，降低硅片的載流子壽命以及太陽電池的轉換效率。同時，由于 直拉單晶中設備及工藝的限制，硅片中的氧含量也相對較高，氧含量的分布更容易受工藝 和熱場的影響形成不均勻分布，影響太陽電池的性能以及各個電池片之間的均勻性，具有 代表性的現象是"同心環"，"黑心硅片"等，同樣降低硅片的載流子壽命以及太陽電池的轉 換效率。
[0007] 到目前為止，以上問題大多通過改進硅片制作中的工藝技術進行控制和改進，例 如，通過采用高純度的硅材料降低硅片中的雜質含量，或者通過控制硅片制作工藝，包括晶 體生長爐的溫度分布，硅錠的生長速度和生長方向等，使雜質析出到硅錠的表面，降低內部 的雜質濃度，從而得到雜質含量低的硅片。同時通過控制爐內的溫度分布降低由于熱應力 產生的晶體缺陷，但這些方法都比較復雜，也難以控制。

【發明內容】

[0008] 鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種η型硅片熱處理方法， 用于解決現有技術中η型硅片內雜質含量過高，影響太陽能電池轉換效率的問題。
[0009] 為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種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 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]作為本發明η型硅片熱處理方法的一種優選的方案，所述熱處理爐中通入載氣，使 所述熱處理爐內維持恒定的氣壓，所述氣壓為常壓或者在常壓附近正負0.5個大氣壓以內， 所述載氣為氮氣、氬氣或者氦氣中的一種或多種的混合氣體。
[0012] 作為本發明η型硅片熱處理方法的一種優選的方案，所述含有η型摻雜元素的擴散 劑為氣體或者固體，當所述含有η型摻雜元素的擴散劑為氣體時，所述含有η型摻雜元素的 擴散劑在所述氧氣通入之前、或者之后、或者同時通入所述熱處理爐中；當所述含有η型摻 雜元素的擴散劑為固體時，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] 作為本發明η型硅片熱處理方法的一種優選的方案，將所述η型硅片置于熱處理爐 進行熱處理之前，所述熱處理爐的溫度為600~800°C。
[0014] 作為本發明η型硅片熱處理方法的一種優選的方案，在所述熱處理爐內進行熱處 理的溫度范圍為800~1050°C。
[0015]作為本發明η型硅片熱處理方法的一種優選的方案，在所述熱處理爐內進行熱處 理的溫度分兩個階段，先在800~1050°C的高溫下進行熱處理，再在600~800°C的低溫下進 行熱處理。
[0016]作為本發明η型硅片熱處理方法的一種優選的方案，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]作為本發明η型硅片熱處理方法的一種優選的方案，形成的所述氧化硅層的厚度 在10納米至5微米之間。
[0018]作為本發明η型硅片熱處理方法的一種優選的方案，熱處理完成后，采用化學刻蝕 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。本發明的η型硅片通過熱處理之 后，可以降低η型硅片中由雜質元素的濃度和熱應力產生的復合中心，提高η型硅片中載流 子的壽命，從而提高太陽電池的轉換效率。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明的熱處理技術的溫度和氣體導入工藝曲線示意圖。
[0021] 圖2為本發明熱處理爐的基本結構以及η型硅片設置方法的示意圖。
[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型摻雜元素的擴散劑的示意圖。
[0024] 圖4為本發明制作η型太陽電池的工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書 所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實 施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離 本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0026] 請參閱附圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明 的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形 狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布 局型態也可能更為復雜。
[0027]本發明提供一種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