一种恒定流量梯度钝化的轻掺扩散工艺的制作方法

本发明涉及的一种恒定流量梯度钝化的轻掺扩散工艺，特别是涉及应用于晶体硅太阳能电池领域的一种恒定流量梯度钝化的轻掺扩散工艺。

背景技术：

1、硅太阳电池工艺中，原子是按照一定规则周期排列的，其扩散可分为2种形式：间隙式扩散和替位式扩散。替位式扩散指的是：当晶体中格点处存在空位时，杂质原子运动进入邻近格点填充空位。当离子半径接近或者小于硅原子的半径时，能以替位的方式进入硅内部，这种替位方式的杂质也称硅中的慢扩散杂质，比如磷。磷掺杂剂在较低的固定浓度下，替位式杂质原子的扩散系数对温度依赖性强，即随着温度变化，扩散系数随之迅速变化。

2、中国专利cn114709288a中提出“第一次通源处理、第二次通源处理和第三次通源处理的温度和携带三氯氧磷的氮气均递增，并且泵压在80进行。”此专利仅针对温度递增需要源量递增，未考虑源量递增的同时，需要调整其他气体流量，来保证整体工艺流量之和稳定，导致在工艺步骤变动时，气体流量波动较大。而扩散不均匀体现为片内不均匀性较差，同一电池片的pn结深浅严重不一致，这也将直接影响后续工艺的匹配失衡，带来效率损失。

3、当通源温度梯度增大后，扩散系数随之增大。工艺开炉温到达到工艺温度需要一个温度缓升的过程。目前工艺固定通源量，温度低时通源，扩散系数小，扩散速度慢，通源量相对较多，杂质在表面附近堆积严重。而这一部分杂质积聚到二氧化硅层，影响再分布的表面浓度及后续pn结的形成，带来效率损失。同时工艺步骤与步骤之间流量之和未固定，使在工艺步骤变动时，气体流量的波动大，并且同一步骤中两种气体切换时也存在气体流量波动的情况，导致表面磷原子分布不均匀现象较为严重，进而体现为片内不均匀性较差情况，部分区域表面浓度极差变大。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是工艺步骤切换或者两种气体切换时气体流量波动较大，影响磷原子分布。

2、为解决上述问题，本发明提供了一种恒定流量梯度钝化的轻掺扩散工艺，包括以下步骤：

3、s1、将已经制绒后的硅片送入扩散炉管，炉管加热至750±100℃，持续8min；

4、s2、各温区温度保持在760±100℃，抽低压至50-150mbar，持续时间2-6min；

5、s3、各温区温度保持在760±100℃，抽低压至50-150mbar，停止抽真空，持续时间1min，进行炉管检漏；

6、s4、各温区温度保持在760±100℃，压力保持在100±10mbar，通入定量的氧气、小氮和大氮，持续时间2-6min，进行前氧化；

7、s5、进行预沉积操作：

8、s51、各温区温度保持在765±20℃，压力保持在100±10mbar，通氧、三氯氧磷以及大氮，进行第一次低温沉积，时间1-3min；

9、s52、各温区温度保持在765±20℃，压力保持在100±10mbar，通氧、三氯氧磷以及大氮，进行第二次低温沉积，时间1-3min；

10、s53、各温区温度保持在775±20℃，压力保持在100±10mbar；通三氯氧磷、氧气以及大氮进行第三次中温沉积，时间2min；

11、s54、各温区温度保持在785±20℃，压力保持在100±10mbar；通三氯氧磷、氧气、大氮、进行第四次高温沉积，时间2min；

12、s6、预沉积通源后，各温区温度保持在860±20℃，进行高温11min推进后，再进行2.5min恒定高温推进；

13、s7、高温推进后，各温区温度保持在800±20℃，进行（17+6+3）min降温；

14、s8、进行后沉积操作：

15、s81、温度保持在790±10℃进行（2.5+8）min后源沉积，源量做100sccm下降梯度；通入气体为氧气、大氮以及小氮；

16、s82、后沉积后进行2min后氧化，通入氧气、小氮和大氮；

17、s9、随后，充氮气3000sccm至常压，持续3min；

18、s10、充气至常压后出舟，持续时间8min。

19、在上述恒定流量梯度钝化的轻掺扩散工艺中，使用四步预沉积，结合不同温度，并匹配不同的三氯氧磷通入量，减少表面杂质的堆积的同时，恒定整体工艺气体流量，使在工艺步骤变动时，减小气体流量的波动，从而改变表面的均匀性，减少表面磷原子分布不均匀现象，同步减少表面杂质的堆积，形成轻掺，提升钝化效果，进而带来效率的提升。

20、作为本技术的进一步改进，在所述s4的前氧化步骤、s5的预沉积四个步骤以及s8的后沉积两个步骤中气体总流量均保持一致。

21、作为本技术的又一种改进，在炉管上设置调控模块，通过调控模块对各个步骤中不同气体切换通入时的流量波动进行调控，同时通过调控模块对切换步骤时的气体流量波动进行调控。

22、作为本技术的又一种改进的补充，调控模块包括安装在炉管外端的气泵、控制器、集成在控制器内的计算模块、安装在炉管进气端的稳压管以及位于稳压管内的气体流速传感器，稳压管远离炉管的一端固定连接有多个充气管，稳压管上端固定连接有补偿气管，充气管和补偿气管均与稳压管相通，且二者上均安装有单向阀，稳压管内部设置有气体调控组件。

23、作为本技术的又一种改进的补充，气体调控组件包括泄压半球、固定连接在稳压管内部的隔板以及连接在泄压半球和隔板之间的多个弹性伸缩杆，隔板与稳压管靠近炉管的一端固定连接有导气管，导气管与炉管相通，气体流速传感器安装在导气管上。

24、作为本技术的又一种改进的补充，泄压半球直径大于导气管内径，且泄压半球直径大于多个充气管口部中心点所在圆的直径。

25、作为本技术的又一种改进的补充，泄压半球朝向充气管的一端安装有多个测压触点，多个测压触点分别与多个充气管的口部对应。

26、作为本技术的又一种改进的补充，测压触点包括与泄压半球固定的调平座、安装在调平座端面中点的压力传感器以及固定连接在调平座端部的外护罩，压力传感器位于外护罩内，且外护罩为弹性结构，外护罩内部饱和填充有惰性气体，压力传感器与控制器信号连接。

27、作为本技术的又一种改进的补充，利用调控模块对气体流量调控的方法包括以下步骤：

28、sa、气体流速传感器中调控到的数据为当前通入到炉管内气体的流量，当需要更换通入另一种气体或者进行下一步骤时，首先记录气体流速传感器此时的数据为x1，然后利用计算模块根据的公式计算另一种气体在单位时间内的通入流量或下一步骤中首次通入的气体在单位时间内的通入流量，将计算出的单位时间内的通入流量记为x2；

29、sb、利用计算模块计算x1和x2的差值，然后根据差值的大小通过补偿气管向稳压管内通入惰性气体，通过惰性气体度炉管进行流量补偿，流量补偿的具体方法为：

30、sc1、步骤sb中得出的差值大于零时，控制补偿气管的初始通入流速与x1保持一致，然后梯度减少补偿气管内惰性气体单位时间的气体流量，直至单位时间的气体流量降低至x2后，停止惰性气体的通入，并同步通入目标的下一种气体的或者下一步骤中气体的通入，完成流量补偿；

31、sc2、当步骤sb中得出的差值小于零时，控制补偿气管的通入速度梯度增加至x2，其余操作与步骤sc1保持一致。

32、综上，本方案通过恒定整体工艺气体流量，使在工艺步骤变动时，减小气体流量的波动，从而改变表面的均匀性，减少表面磷原子分布不均匀现象，同步减少表面杂质的堆积，形成轻掺，提升钝化效果，进而带来效率的提升；另外配合调控模块的设置，可实时对当前通入气体的流速进行监控，同时可对下一种通入气体或下一步骤中通入气体单位时间的流量进行测算，根据测算结果进行气体流量的补偿，使两个工艺步骤中或者同一步骤中两种气体通入时的流量变化成梯度变化，有效避免骤然波动，进而有效维持气体的稳定性，进一步减少表面磷原子分布不均匀现象。