一种PECVD沉积BSG-硼源层制备硼发射极的方法及硅片与装置系统 |
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| 申请号 | CN202311783594.3 | 申请日 | 2023-12-22 | 公开(公告)号 | CN117766600A | 公开(公告)日 | 2024-03-26 |
| 申请人 | 浙江晶盛机电股份有限公司; 浙江晶盛光子科技有限公司; | 发明人 | 王树林; 李鹏飞; 卢卫华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种PECVD沉积BSG‑ 硼 源层制备硼发射极的方法及 硅 片 与装置系统，所述方法包括依次进行的 硅片 预处理、PECVD沉积和热 退火 处理；其中，所述PECVD沉积的 温度 为250‑500℃，压 力 为800‑3000mTorr，工艺气体包括SiH4、B2H6和N2O，稀释气体包括Ar、H2或N2中的任意一种或至少两种的组合。本发明提供的方法特别适用于大尺寸 电池 在大管径的PECVD设备上沉积BSG，提升了硼掺杂均匀性及掺杂浓度，降低了表面BSG层去除难度，改善了 钝化 效果，同时简化了工艺流程，提高了生产效率，有利于大规模推广应用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，其特征在于，所述方法包括依次进行的硅片预处理、PECVD沉积和热退火处理； |
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| 说明书全文 | 一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法及硅片与装置系统 技术领域背景技术[0002] 近年来，TOPCon电池的扩产规模越来越大，同时转换效率提升明显。目前，TOPCon电池的量产效率已达到25.5％，而部分公司的实验室效率已超过26％。此外，TBC(TOPCon+BC)技术兼具TOPCon电池技术和BC电池技术，随着TOPCon技术的大规模应用，未来几年TBC电池技术将逐渐替代TOPCon电池技术而成为新的大规模量产技术。 [0003] 无论是TOPCon电池技术还是TBC电池技术，均需要采用硼源进行扩散掺杂制备p型发射极。目前，TOPCon电池量产均采用BBr3或BCl3作为硼源通过热扩散的方式进行表面掺杂，但采用该方式存在诸多问题尚未解决：(1)易生成B2O3，且B2O3对石英器件存在腐蚀，容易导致尾气管堵塞，且由于B2O3自身重力的作用，在扩散到硅片表面后易形成方阻不均匀现象；(2)硼扩散易形成富硼层和绕度，清洗难度大；(3)硼在硅中的固溶度较小，需要高温进行扩散，而高温对石英件要求较高，容易导致石英件变形；(4)传统硼扩散容易因为高温制程时间长而形成氧环；(5)一次硼扩+激光SE+二次硼扩(退火)路线，经历两次高温处理，硅片少子寿命损害大；(6)工艺时间长，产能低。 [0004] 对此，PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法可有望替代BBr3或BCl3作为硼源通过热扩散掺杂制备发射极的方法。然而，该方法目前只用在小尺寸电池上，大尺寸电池在大管径的PECVD设备上沉积BSG，往往由于B2H6的分解速率过快而导致不同区域的B2H6分解速率存在差异，进而导致硼掺杂均匀性差，同时B2H6对SiH4和N2O反应生成a‑SiOx:B(s)存在明显的抑制作用，不同区域硼原子的含量不同，进而导致a‑SiOx:B(s)的沉积厚度存在明显差异；a‑SiOx:B(s)的厚度差异，SiH4与N2O的比例不适配，还将导致退火后，表面的BSG层无法被HF去除。 [0005] 由此可见，如何对现有的PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法进行改进，使其适用于大尺寸电池在大管径的PECVD设备上沉积BSG，提升硼掺杂均匀性及掺杂浓度，降低表面BSG层去除难度，改善钝化效果，同时简化工艺流程，提高生产效率，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。 发明内容[0006] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法及硅片与装置系统，所述方法特别适用于大尺寸电池在大管径的PECVD设备上沉积BSG，提升了硼掺杂均匀性及掺杂浓度，降低了表面BSG层去除难度，改善了钝化效果，同时简化了工艺流程，提高了生产效率，有利于大规模推广应用。 [0007] 为达此目的，本发明采用以下技术方案： [0008] 第一方面，本发明提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，所述方法包括依次进行的硅片预处理、PECVD沉积和热退火处理。 [0009] 其中，所述PECVD沉积的温度为250‑500℃，例如可以是250℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃、360℃、380℃、400℃、420℃、440℃、460℃、480℃或500℃，压力为800‑3000mTorr，例如可以是800mTorr、1000mTorr、1200mTorr、1400mTorr、1600mTorr、 1800mTorr、2000mTorr、2200mTorr、2400mTorr、2600mTorr、2800mTorr或3000mTorr，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0010] 本发明中，所述PECVD沉积的温度及压力均需严格控制在合理范围内。当温度低于250℃时，SiH4、B2H6和N2O等工艺气体得不到充分电离，容易造成膜色异常，表面浓度偏低； 当温度高于500℃时，B2H6分解过快，容易造成炉口和炉尾处膜色不均匀，且大部分B2H6会在炉口集聚，导致炉口浓度偏高。当压力低于800mTorr时，炉口的抽速过快，容易造成炉口膜色偏薄，浓度偏低；当压力高于3000mTorr时，炉口的沉积过多，使得炉口的膜厚偏厚，进而导致炉口浓度偏高。 [0011] 本发明中，所述PECVD沉积的工艺气体包括SiH4、B2H6和N2O，稀释气体包括Ar、H2或N2中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括Ar与H2的组合，H2与N2的组合，Ar与N2的组合，或Ar、H2与N2的组合。 [0012] 以H2作为稀释气体举例，在PECVD沉积过程中，预处理后硅片表面发生的反应如下： [0013] SiH4(g)+N2O(g)+B2H6(g)+H2(g)→SiOx:B(s)+副产物 [0014] SiOx:B(s)+高温处理→B掺杂发射极 [0015] 本发明通过对现有的PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法进行关键条件参数的优化改进，使其特别适用于大尺寸系列电池(182mm系列或210mm系列)在大管径(520mm或540mm)的PECVD设备上沉积BSG，无显著绕镀，工艺拓展性强，不易形成氧环，提升了硼掺杂均匀性及掺杂浓度，降低了表面BSG层去除难度，改善了钝化效果，同时简化了工艺流程，提高了生产效率，有利于大规模推广应用。 [0016] 优选地，所述硅片预处理包括：对硅片进行清洗制绒处理，在硅片的表面形成绒面；或者，对硅片进行清洗抛光处理，在硅片的表面形成抛光面。 [0017] 本发明中，所述硅片预处理采用碱液进行，例如可以是KOH溶液和/或NaOH溶液。 [0018] 优选地，所述PECVD沉积包括：将硅片放入石墨舟，并将所述石墨舟送入炉管内进行PECVD沉积，且沉积的时间为0.1‑8000s，例如可以是0.1s、1s、10s、100s、1000s、2000s、3000s、4000s、5000s、6000s、7000s或8000s，功率为5000‑30000W，例如可以是5000W、 10000W、15000W、20000W、25000W或30000W，脉冲开关比为1/100‑1/5，例如可以是1/100、1/ 90、1/80、1/70、1/60、1/50、1/40、1/30、1/20、1/10或1/5，电源频率为40‑200kHz，例如可以是40kHz、60kHz、80kHz、100kHz、120kHz、140kHz、160kHz、180kHz或200kHz，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0019] 优选地，所述工艺气体中SiH4的流量为0.1‑1slm，例如可以是0.1slm、0.2slm、0.3slm、0.4slm、0.5slm、0.6slm、0.7slm、0.8slm、0.9slm或1slm，B2H6的流量为0.1‑1slm，例如可以是0.1slm、0.2slm、0.3slm、0.4slm、0.5slm、0.6slm、0.7slm、0.8slm、0.9slm或1slm，N2O的流量为0.1‑1slm，例如可以是0.1slm、0.2slm、0.3slm、0.4slm、0.5slm、0.6slm、 0.7slm、0.8slm、0.9slm或1slm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0020] 可选地，所述稀释气体仅选用Ar，且流量为0.01‑1slm，例如可以是0.01slm、0.1slm、0.2slm、0.3slm、0.4slm、0.5slm、0.6slm、0.7slm、0.8slm、0.9slm或1slm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0021] 可选地，所述稀释气体仅选用H2，且流量为0.01‑1slm，例如可以是0.01slm、0.1slm、0.2slm、0.3slm、0.4slm、0.5slm、0.6slm、0.7slm、0.8slm、0.9slm或1slm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0022] 可选地，所述稀释气体选用Ar和H2的组合，且流量均为0.01‑1slm，例如可以是0.01slm、0.1slm、0.2slm、0.3slm、0.4slm、0.5slm、0.6slm、0.7slm、0.8slm、0.9slm或1slm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0023] 可选地，所述稀释气体仅选用N2，且流量为2‑10slm，例如可以是2slm、2.5slm、3slm、3.5slm、4slm、4.5slm、5slm、5.5slm、6slm、6.5slm、7slm、7.5slm、8slm、8.5slm、9slm、 9.5slm或10slm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0024] 优选地，所述热退火处理的温度为800‑1100℃，例如可以是800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃或1100℃，时间为10‑300min，例如可以是10min、50min、100min、 150min、200min、250min或300min，压力为10‑1060mbar，例如可以是10mbar、100mbar、 200mbar、300mbar、400mbar、500mbar、600mbar、700mbar、800mbar、900mbar、1000mbar或 1060mbar，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0025] 优选地，所述热退火处理的过程中通入N2和/或O2，且流量均为0.01‑3slm，例如可以是0.01slm、0.1slm、0.5slm、1slm、1.5slm、2slm、2.5slm或3slm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0026] 优选地，所述热退火处理之后采用HF溶液去除硅片表面的BSG层，且所述HF溶液的体积分数为15％‑80％，例如可以是15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％或80％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0027] 作为本发明第一方面优选的技术方案，所述方法包括以下步骤： [0028] (1)对硅片进行清洗制绒处理，在硅片的表面形成绒面；或者，对硅片进行清洗抛光处理，在硅片的表面形成抛光面； [0029] (2)将硅片放入石墨舟，并将所述石墨舟送入炉管内进行PECVD沉积，且沉积的温度为250‑500℃，压力为800‑3000mTorr，时间为0.1‑8000s，功率为5000‑30000W，脉冲开关比为1/100‑1/5，电源频率为40‑200kHz，工艺气体包括0.1‑1slm的SiH4、0.1‑1slm的B2H6和0.1‑1slm的N2O，稀释气体包括0.01‑1slm的Ar、0.01‑1slm的H2或2‑10slm的N2中的任意一种或至少两种的组合； [0030] (3)将硅片进行热退火处理，温度为800‑1100℃，时间为10‑300min，压力为10‑1060mbar，在热退火处理的过程中通入N2和/或O2，且流量均为0.01‑3slm； [0031] (4)采用HF溶液去除硅片表面的BSG层，且所述HF溶液的体积分数为15％‑80％。 [0032] 第二方面，本发明提供一种硅片，所述硅片的表面设置有采用如第一方面所述方法制得的硼发射极。 [0033] 第三方面，本发明提供一种如第一方面所述方法采用的装置系统，所述装置系统包括依次连接的硅片预处理单元、PECVD沉积单元和热退火单元。 [0034] 优选地，所述PECVD沉积单元包括PECVD并管。 [0036] 本发明中，所述PECVD并管具体指代多根PECVD炉管并列排布在一起形成的装置系统，所述背靠背式设计即多根PECVD炉管并列排布在一起的设计方式。 [0037] 本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。 [0038] 与现有技术相比，本发明的有益效果为： [0039] 本发明通过对现有的PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法进行关键条件参数的优化改进，使其特别适用于大尺寸系列电池(182mm系列或210mm系列)在大管径(520mm或540mm)的PECVD设备上沉积BSG，无显著绕镀，工艺拓展性强，不易形成氧环，提升了硼掺杂均匀性及掺杂浓度，降低了表面BSG层去除难度，改善了钝化效果，同时简化了工艺流程，提高了生产效率，有利于大规模推广应用。 具体实施方式[0040] 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。 [0041] 实施例1 [0042] 本实施例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，所述方法包括以下步骤： [0043] (1)采用NaOH溶液对硅片进行清洗制绒处理，在硅片的表面形成绒面； [0044] (2)将硅片放入石墨舟，并将所述石墨舟送入炉管内进行PECVD沉积，且沉积的温度为280℃，压力为2000mTorr，时间为4000s，功率为18000W，脉冲开关比为1/50，电源频率为120kHz，工艺气体包括0.5slm的SiH4、0.5slm的B2H6和0.5slm的N2O，稀释气体为0.5slm的H2； [0045] (3)将硅片进行热退火处理，温度为950℃，时间为150min，压力为500mbar，在热退火处理的过程中通入流量为1.5slm的O2； [0046] (4)采用体积分数为50％的HF溶液去除硅片表面的BSG层。 [0047] 本实施例提供的方法所采用的装置系统包括依次连接的硅片预处理单元、PECVD沉积单元和热退火单元，且所述PECVD沉积单元包括PECVD并管。其中，步骤(1)在硅片预处理单元中进行，步骤(2)在PECVD沉积单元的PECVD并管中进行，步骤(3)在热退火单元中进行。 [0048] 实施例2 [0049] 本实施例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，所述方法包括以下步骤： [0050] (1)采用KOH溶液对硅片进行清洗抛光处理，在硅片的表面形成抛光面； [0051] (2)将硅片放入石墨舟，并将所述石墨舟送入炉管内进行PECVD沉积，且沉积的温度为500℃，压力为800mTorr，时间为100s，功率为30000W，脉冲开关比为1/5，电源频率为200kHz，工艺气体包括0.1slm的SiH4、1slm的B2H6和0.1slm的N2O，稀释气体为0.5slm的H2和 0.5slm的Ar； [0052] (3)将硅片进行热退火处理，温度为1100℃，时间为100min，压力为100mbar，在热退火处理的过程中通入流量为1.5slm的N2； [0053] (4)采用体积分数为15％的HF溶液去除硅片表面的BSG层。 [0054] 本实施例提供的方法所采用的装置系统包括依次连接的硅片预处理单元、PECVD沉积单元和热退火单元，且所述PECVD沉积单元包括PECVD并管。其中，步骤(1)在硅片预处理单元中进行，步骤(2)在PECVD沉积单元的PECVD并管中进行，步骤(3)在热退火单元中进行。 [0055] 实施例3 [0056] 本实施例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，所述方法包括以下步骤： [0057] (1)采用KOH溶液对硅片进行清洗制绒处理，在硅片的表面形成绒面； [0058] (2)将硅片放入石墨舟，并将所述石墨舟送入炉管内进行PECVD沉积，且沉积的温度为250℃，压力为3000mTorr，时间为8000s，功率为5000W，脉冲开关比为1/100，电源频率为40kHz，工艺气体包括1slm的SiH4、0.1slm的B2H6和1slm的N2O，稀释气体为6slm的N2； [0059] (3)将硅片进行热退火处理，温度为800℃，时间为300min，压力为1060mbar，在热退火处理的过程中通入流量为1.5slm的N2和1.5slm的O2； [0060] (4)采用体积分数为80％的HF溶液去除硅片表面的BSG层。 [0061] 本实施例提供的方法所采用的装置系统包括依次连接的硅片预处理单元、PECVD沉积单元和热退火单元，且所述PECVD沉积单元包括PECVD并管。其中，步骤(1)在硅片预处理单元中进行，步骤(2)在PECVD沉积单元的PECVD并管中进行，步骤(3)在热退火单元中进行。 [0062] 实施例4 [0063] 本实施例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，除了将步骤(2)中沉积的时间缩短为10s，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。 [0064] 实施例5 [0065] 本实施例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，除了将步骤(2)中沉积的功率降为4000W，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。 [0066] 实施例6 [0067] 本实施例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，除了将步骤(2)中沉积的脉冲开关比降为1/150，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。 [0068] 实施例7 [0069] 本实施例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，除了将步骤(2)中沉积的电源频率降为30kHz，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。 [0070] 实施例8 [0071] 本实施例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，除了将步骤(3)中热退火处理的温度降为600℃，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。 [0072] 实施例9 [0073] 本实施例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，除了将步骤(3)中热退火处理的温度升为1040℃，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。 [0074] 实施例10 [0075] 本实施例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，除了将步骤(3)中热退火处理的时间缩短为80min，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。 [0076] 实施例11 [0077] 本实施例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，除了将步骤(3)中热退火处理的压力降为800mbar，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。 [0078] 实施例12 [0079] 本实施例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，除了将步骤(3)中热退火处理的压力升为1120mbar，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。 [0080] 对比例1 [0081] 本对比例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，除了将步骤(2)中沉积的温度降为200℃，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。 [0082] 对比例2 [0083] 本对比例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，除了将步骤(2)中沉积的温度升为600℃，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。 [0084] 对比例3 [0085] 本对比例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，除了将步骤(2)中沉积的压力降为600mTorr，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。 [0086] 对比例4 [0087] 本对比例提供一种PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法，除了将步骤(2)中沉积的压力升为3500mTorr，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。 [0088] 实施例1‑12与对比例1‑4所得硅片的性能参数见下表1。 [0089] 表1 [0090] [0091] [0092] 由表1可知：实施例1‑12利用PECVD沉积BSG叠加退火可以获得接近二次硼扩后ECV曲线及膜厚；相较于实施例1，对比例1将沉积的温度降为200℃，SiH4、B2H6和N2O等工艺气体得不到充分电离，容易造成膜色异常，表面浓度偏低；对比例2将沉积的温度升为600℃，SiH4和B2H6分解过快，容易造成炉口和炉尾处膜色不均匀，且大部分B2H6会在炉口集聚，导致炉口浓度偏高；对比例3将沉积的压力降为600mTorr，炉口的抽速过快，容易造成炉口膜色偏薄，浓度偏低；对比例4将沉积的压力升为3500mTorr，炉口的沉积过多，使得炉口的膜厚偏厚，进而导致炉口浓度偏高。 [0093] 由此可见，本发明通过对现有的PECVD沉积BSG‑硼源层制备硼发射极的方法进行关键条件参数的优化改进，使其特别适用于大尺寸系列电池在大管径的PECVD设备上沉积BSG，无显著绕镀，工艺拓展性强，不易形成氧环，提升了硼掺杂均匀性及掺杂浓度，降低了表面BSG层去除难度，改善了钝化效果，同时简化了工艺流程，提高了生产效率，有利于大规模推广应用。 [0094] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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