硅片键合界面的吸杂效应

说明书一种硅片的磷吸杂工艺技术领域本发明属于光伏技术领域，特别是涉及太阳能电池制造中的一种硅片的磷吸杂工艺。

背景技术随着工业化的发展，电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。

在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业不仅争相投入巨资，扩大生产，还纷纷建立自己的研发机构，研究和开发新的电池项目，提高产品的质量和转化效率。

然而硅片作为基体材料制作太阳能电池单晶硅存在微缺陷和金属杂质，这些杂质和缺陷在硅禁带中引入多重深能级，成为少数载流子的复合中心，严重影响了太阳电池的光电转换效率。

在单晶硅中，由于杂质与杂质，杂质与缺陷之间的相互作用，重金属杂质或微观缺陷在一定的温度下会发生迁移和再凝聚现象，利用这种现象，在硅片的背面引入机械损伤、缺陷或沉淀某一种薄膜，也可在体内引入缺陷，使重金属杂质从器件的工作区域富集到这些特殊的区域，即称为杂质的吸除，前者称为外吸杂，后者为内吸杂。

吸杂技术是减少硅片的加工和器件工艺过程的污染，改善器件的性能的一种非常有效的方法。

利用杂质向具有晶格的不完整性的区域聚集的特性引入缺陷形成杂质富集区域，然后将这一层杂质富集的损伤区域去掉，就可打到去除硅片中部分杂质的目的，减少硅片中少数载流子复合中心，提高电池的短路电流，从而提高太阳电池光电转换效率。

发明内容本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种有效减小重掺杂“死层”，提高电池短波响应，改进电池的Isc和Voc的硅片的磷吸杂工艺。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：所述磷吸杂工艺包括如下步骤：（1）预沉积：将制备好绒面的硅片放入扩散炉里进行扩散，该工序共分六步，每步的时间、温度及各种气体的通入量详细如下：（a）、第一步扩散：扩散时间为300~400s，炉口温度为870~880℃，炉中温度为820~830℃，炉尾温度为820~830℃，氮气的通入量为22000~23000ml，三氯氧磷和氧气的通入量均为0 ml；（b）、第二步扩散：扩散时间为120~180s，炉口温度为880~890℃，炉中温度为840~850℃，炉尾温度为860~870℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷和氧气的通入量均为0 ml；（c）、第三步扩散：扩散时间为360~420s，炉口温度为870~880℃，炉中温度为850~860℃，炉尾温度为840~860℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷和氧气的通入量均为0 ml；（d）、第四步扩散：扩散时间为1200~1300s，炉口温度为890~900℃，炉中温度为860~880℃，炉尾温度为870~890℃，氮气的通入量为25000~26000 ml，三氯氧磷的通入量为1900~2100 ml，氧气的通入量为0 ml；（e）、第五步扩散：扩散时间为300~420s，炉口温度为840~860℃，炉中温度为820~830℃，炉尾温度为820~830℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷的通入量0 ml，氧气的通入量为3000~4000 ml；（f）、第六步扩散：扩散时间为300~400s，炉口温度为840~860℃，炉中温度为820~830℃，炉尾温度为820~830℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷的通入量0 ml，氧气的通入量为3000~4000 ml；待扩散完成后，将硅片从扩散炉中取出并冷却至室温，测量硅片的方块电阻，控制扩散后硅片的方块电阻在100Ω~110Ω之间；（2）去磷硅玻璃层：上述预沉积处理后的硅片表面会形成一层较薄的磷硅玻璃层，将经过预沉积处理后的硅片放入浓度为5%~6%的氢氟酸溶液中浸泡50~60s，去掉硅片表面上的磷硅玻璃层；（3）再分布：将上述去掉磷硅玻璃层后的硅片再次放入扩散炉中进行高温氧化和吸杂处理，该工序共分4步，每步的时间、温度及各种气体的通入量详细如下：（a）、第一步扩散：扩散时间为300~400s，炉口温度为1020~1040℃，炉中温度为1010~1030℃，炉尾温度为1010~1030℃，氮气的通入量为0ml，三氯乙烷的通入量为0 ml，氧气的通入量为20000~21000ml；（b）、第二步扩散：扩散时间为1620~1800s，炉口温度为1000~1100℃，炉中温度为1000~1100℃，炉尾温度为1000~1100℃，氮气的通入量为0 ml，三氯乙烷的通入量500 ml，氧气的通入量为20000~21000ml；（c）、第三步扩散：扩散时间为180~360s，炉口温度为1020~1040℃，20000~22000 ml，三氯乙烷的通入量0 ml，氧气的通入量为0 ml；（d）、第四步扩散：扩散时间为300~400s，炉口温度为1020~1040℃，炉中温度为1000~1100℃，炉尾温度为1000~1100℃，氮气的通入量为20000~22000 ml，三氯乙烷的通入量为0 ml，氧气的通入量为0 ml；待第四步完成后，将硅片从扩散炉中取出并冷却至室温后，测量硅片的方块电阻，控制方块电阻在70Ω-80Ω之间；（4）去氧化层：经过再分布处理后的硅片表面上形成一层蓝色的氧化膜，将经过再分布处理后的硅片放入浓度为5%~6%的氢氟酸溶液中浸泡300~400s,，去掉硅片表面上的氧化层；（5）二次扩散：将上述经过清洗后去除掉表面氧化层的硅片放到扩散炉里再次进行扩散处理，该工序共分七步，每步的时间、温度及各种气体的通入量详细如下：（a）、第一步扩散：扩散时间为300~400s，炉口温度为900~910℃，炉中温度为850~860℃，炉尾温度为850~870℃，氮气的通入量为28000~30000 ml，三氯氧磷的通入量0 ml，氧气的通入量为0 ml；（b）、第二步扩散：扩散时间为360~420s，炉口温度为910~920℃，炉中温度为870~880℃，炉尾温度为880~890℃，氮气的通入量为28000~30000 ml，三氯氧磷的通入量0 ml，氧气的通入量为0 ml；（c）、第三步扩散：扩散时间为120~210s，炉口温度为920~930℃，炉中温度为890~900℃，炉尾温度为890~900℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷的通入量0 ml，氧气的通入量为3000~4000 ml；（d）、第四步扩散：扩散时间为460~580s，炉口温度为930~940℃，炉中温度为880~890℃，炉尾温度为890~900℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷的通入量2000~2100 ml，氧气的通入量为3000~4000 ml；（e）、第五步扩散：扩散时间为920~1200s，炉口温度为930~940℃，炉中温度为880~890℃，炉尾温度为890~900℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷的通入量2200~2300 ml，氧气的通入量为3000~4000 ml；（f）、第六步扩散：扩散时间为300~420s，炉口温度为890~900℃，炉中温度为850~860℃，炉尾温度为860~870℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷的通入量0 ml，氧气的通入量为3000~4000 ml；（g）、第七步扩散：扩散时间为300~400s，炉口温度为900~910℃，炉ml，三氯氧磷的通入量0 ml，氧气的通入量为0ml；二次扩散完毕后，将硅片从扩散炉中取出并冷却至室温，测量硅片的少子寿命及方块电阻，控制二次扩散后硅片的方块电阻在30Ω-40Ω之间。

硅中硼元素的室温扩散与吸杂现象研究谢兮兮导师：秦国刚2015.6Diffusion and Gettering of B Elements in Si at Room TemperatureByXixi XieDirected ByProf.Guogang QinSchool of Physics,Peking UniversityJun.2015摘要半导体材料是制造电子设备不可或缺的材料，在当下的信息化社会里占据尤为重要的地位。

半导体中掺入微量的杂质元素，就会对半导体的物理和化学性质产生决定性影响。

硼元素是半导体中的重要受主杂质，在硅中主要以代位形式存在。

传统改变掺杂在硅中硼的方法是，在高温下通过提高代位硼扩散系数来实现。

本文探讨在室温的条件下，使用高密度等离子体刻蚀机处理硅样品，以实现硼的快速扩散和吸杂，并尝试提出解释的吸杂机制。

关键词：半导体硼元素扩散室温吸杂AbstractSemiconnductor material is fundamental for manufacturing electronic equipment and the development of the information society.The impurity elements which are adulterated in Silicon have an important impact on the physical and chemical properties of semiconductor material.The most common acceptor impurity element, Boron,exists in the form of substitutional impurity.The traditional method of altering Boron element in Silicon is to reach a high temperature.The article will focus on how to alter the Boron element at room temperature with ICP,and give a proper explanation.Keywords:seimiconductor,diffusion of Boron,gettering at room temperature目录第一章引言 (1)第二章硅中浅能级杂质和实验相关设备原理介绍 (2)2.1浅能级杂质的存在方式与基本属性 (2)2.2硅中B、P、As等杂质的扩散与高温吸杂 (4)2.2.1杂质扩散 (4)2.2.2高温吸杂 (6)2.3高密度等离子体刻蚀机运行原理与离子注入简介 (7)2.3.1高密度等离子体刻蚀机 (7)2.3.2离子注入 (8)第三章ICP刻蚀下硅中硼的室温扩散与吸杂机制 (11)3.1实验方法 (11)3.2实验数据与结论 (11)3.3讨论与机制猜测 (14)第四章结论与展望 (20)第一章引言自然界分导体、绝缘体和半导体三类。

基于 UV光照射在硅片表面活化的阳极键合工艺研究李星;陈立国;王阳俊【摘要】为了减少阳极键合试验时Si片和Pyrex玻璃片的键合困难，提高硅片表面活性和键合质量，在阳极键合的表面预处理工艺中引进UV光对硅片的活化并对其工艺参数和效果进行评估。

基于阳极键合实验的基本流程，采用对比实验，探究UV光对硅片的照射与否，以及对硅片照射的时间长短对硅片表面的影响，并利用大恒图像系列数字摄像机、单轴拉伸测试仪分别对UV光照射前后硅片的活化效果和键合强度进行了测试与表征。

结果表明经过该UV光源适当4 min时间照射的硅片，其表面的亲水键合活化能得到很大提高，可以显著地改善键合片的表面状况。

验证了该工艺在阳极键合的预处理方法上的可行性和有效性。

%In order to reduce the difficult of anodic bonding experiment when Si and Pyrex glass bonding to im -prove the quality of silicon wafer surface activity and bonding ,the UV activation of silicon wafers was employed in the surface pretreatment process of anodic bonding and its technical parameters and effect were evaluate .Based on the basic process of anodic bonding experiment , the contrast experiment was used to explore the irradiation of UV light on it or not and the length of time as well as to the silicon irradiation effects on the surface of silicon wafer .The image series digital camera and the uniaxial tensile tester of silicon wafers were used to exam the activation effect af -ter UV irradiation and teste the bondingstrength .Results show that after the UV light source appropriate 4 min time exposure of silicon wafers , the hydrophilic bonding on the surface of the activation energy was greatly improved and the bonding surfacecondition was also significantly improved .Therefore the pretreatment method of this technology in the anodic bonding is feasible and effective .【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)002【总页数】5页(P203-207)【关键词】阳极键合;UV光照射;亲水性;键合强度【作者】李星;陈立国;王阳俊【作者单位】苏州大学机器人与微系统研究中心，苏州纳米科技协同创新中心，苏州215021;苏州大学机器人与微系统研究中心，苏州纳米科技协同创新中心，苏州215021;苏州大学机器人与微系统研究中心，苏州纳米科技协同创新中心，苏州215021【正文语种】中文【中图分类】TH113.2;TH162;TN389机械、仪表工业阳极键合是MEMS热键合技术中的一种，又叫电场辅助扩散连接[1]。

文章编号:1001-9731(2000)01-0058-02直接键合硅片的三步亲水处理法及界面电特性Ξ何　进,陈星弼,王　新(电子科技大学微电子所四川成都610054)摘　要:　亲水处理是硅片能否直接键合成功的关键。

基于亲水处理的微观机理分析和不同清洗剂亲水处理的过程及效果,本文提出了独特的三步亲水处理法。

这一方法既能顺利完成室温预键合,又能减少界面上非定形大尺寸SiO x 体的生成,避免了界面对电输运的势垒障碍,结果获得了理想的键合界面。

关键词:　硅片;键合;亲水处理;界面中图分类号:　T N304.121　引　言硅-硅直接键合(silicon to silicon direct bonding ,简称SDB )是将两个表面经亲水处理后的硅片面对面贴合,纯粹依靠分子或原子键合力作用形成良好的界面连续。

这种SDB 技术提供了一种全新的硅片加工工艺,克服了常规厚外延的自掺杂效应,避免了高温深扩散产生的热诱生缺陷,可以灵活地选择晶向、掺杂、电阻率。

它不仅是制造新一代功率器件的理想工艺,而且在微电子、微机械及微传感器领域极具发展前景。

硅片直接键合成功的关键是预键合前的亲水处理。

亲水处理的好坏,不仅决定了能否键合,而且也直接影响到键合界面的电输运特性。

一些文献报道了不同亲水处理液对键合质量的影响[1～4],但仅停留在一般的微空洞、机械特性比较上,没有讨论不同亲水处理液的微观作用机理,更甚少涉及对界面电特性的影响上。

本工作研究了亲水处理之微观作用机理和对界面电特性的影响,提出了获得理想键合界面的三步亲水处理法。

实验结果也表明了这种方法的良好效果。

2　不同清洗液的亲水处理微观机理2.1　亲水处理的微观机理当硅片经清洗液处理后表面不沾水分子时称为疏水处理。

反之,当清洗处理后表面吸附水分子时称为亲水处理。

纯净的硅片表面是疏水性的。

从能量观点看,疏水性表面属低能表面,这时硅表面张力r SG 小于水分子表面张力r S L 。

收稿日期:1998210209定稿日期:1998212205第29卷第5期1999年10月微电子学M icroelectronicsV o l 129,№5O ct 11999文章编号:100423365(1999)0520354204硅-硅直接键合的亲水处理及界面电特性何　进,王　新,陈星弼(电子科技大学　微电子学研究所,四川成都　610054)摘　要:　研究了基于亲水处理的微观机理分析和不同清洗剂亲水处理的过程及效果,提出了一种独特的三步亲水处理法。

这一方法既能顺利完成室温预键合,又能减少界面上非定形大尺寸Si O x 体的生成,避免了界面对电输运的势垒障碍,获得了理想的键合界面。

关键词:　半导体工艺;表面处理;硅片直接键合;亲水处理;界面特性中图分类号:　TN 30512文献标识码:　AA Three -Step M ethod for Hydroph il i c ity Trea t m en t i nSil i con -to -Sil i con D i rect Bondi n gH E J in ,WAN G X in ,CH EN X ing 2bi(Institute of m icroelectronics ,U niver 1E lec 1S ci 1&T echnol 1of China ,Chengd u ,S ichuan 610054)Abstract :　Based on the analysis of m icrom echan is m of hydroph ilicity treatm en t and effects of differ 2en t clean ing s o luti on s on silicon surface ,a un ique th ree 2step m ethod fo r hydroph ilicity treatm en t is p resen ted in the paper ,w h ich can no t on ly realize successful p re 2bonding at room te mperature ,but al 2s o avo id the grow n 2up of large size amo rphous Si O x that fo r m s barriers to electric tran s po rtati on in the bonding in terface 1A s a result ,an ideal bonding in terface can be obtained by using th is m ethod 1Key words :　Se m iconducto r p rocess ;Surface treatm en t ;Silicon 2to 2silicon direct bonding ;H y 2droph ilicity treatm en t ;In terface p roperty EEACC :　2550E1　引　言硅2硅直接键合(Silicon 2to 2silicon directbonding ,SDB )是将两个表面经亲水处理后的硅片面对面贴合,纯粹依靠分子或原子键合力作用形成良好的界面连续。

说明书一种硅片的磷吸杂工艺技术领域本发明属于光伏技术领域，特别是涉及太阳能电池制造中的一种硅片的磷吸杂工艺。

背景技术随着工业化的发展，电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。

在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业不仅争相投入巨资，扩大生产，还纷纷建立自己的研发机构，研究和开发新的电池项目，提高产品的质量和转化效率。

然而硅片作为基体材料制作太阳能电池单晶硅存在微缺陷和金属杂质，这些杂质和缺陷在硅禁带中引入多重深能级，成为少数载流子的复合中心，严重影响了太阳电池的光电转换效率。

在单晶硅中，由于杂质与杂质，杂质与缺陷之间的相互作用，重金属杂质或微观缺陷在一定的温度下会发生迁移和再凝聚现象，利用这种现象，在硅片的背面引入机械损伤、缺陷或沉淀某一种薄膜，也可在体内引入缺陷，使重金属杂质从器件的工作区域富集到这些特殊的区域，即称为杂质的吸除，前者称为外吸杂，后者为内吸杂。

吸杂技术是减少硅片的加工和器件工艺过程的污染，改善器件的性能的一种非常有效的方法。

利用杂质向具有晶格的不完整性的区域聚集的特性引入缺陷形成杂质富集区域，然后将这一层杂质富集的损伤区域去掉，就可打到去除硅片中部分杂质的目的，减少硅片中少数载流子复合中心，提高电池的短路电流，从而提高太阳电池光电转换效率。

发明内容本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种有效减小重掺杂“死层”，提高电池短波响应，改进电池的Isc和Voc的硅片的磷吸杂工艺。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：所述磷吸杂工艺包括如下步骤：（1）预沉积：将制备好绒面的硅片放入扩散炉里进行扩散，该工序共分六步，每步的时间、温度及各种气体的通入量详细如下：（a）、第一步扩散：扩散时间为300~400s，炉口温度为870~880℃，炉中温度为820~830℃，炉尾温度为820~830℃，氮气的通入量为22000~23000ml，三氯氧磷和氧气的通入量均为0 ml；（b）、第二步扩散：扩散时间为120~180s，炉口温度为880~890℃，炉中温度为840~850℃，炉尾温度为860~870℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷和氧气的通入量均为0 ml；（c）、第三步扩散：扩散时间为360~420s，炉口温度为870~880℃，炉中温度为850~860℃，炉尾温度为840~860℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷和氧气的通入量均为0 ml；（d）、第四步扩散：扩散时间为1200~1300s，炉口温度为890~900℃，炉中温度为860~880℃，炉尾温度为870~890℃，氮气的通入量为25000~26000 ml，三氯氧磷的通入量为1900~2100 ml，氧气的通入量为0 ml；（e）、第五步扩散：扩散时间为300~420s，炉口温度为840~860℃，炉中温度为820~830℃，炉尾温度为820~830℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷的通入量0 ml，氧气的通入量为3000~4000 ml；（f）、第六步扩散：扩散时间为300~400s，炉口温度为840~860℃，炉中温度为820~830℃，炉尾温度为820~830℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷的通入量0 ml，氧气的通入量为3000~4000 ml；待扩散完成后，将硅片从扩散炉中取出并冷却至室温，测量硅片的方块电阻，控制扩散后硅片的方块电阻在100Ω~110Ω之间；（2）去磷硅玻璃层：上述预沉积处理后的硅片表面会形成一层较薄的磷硅玻璃层，将经过预沉积处理后的硅片放入浓度为5%~6%的氢氟酸溶液中浸泡50~60s，去掉硅片表面上的磷硅玻璃层；（3）再分布：将上述去掉磷硅玻璃层后的硅片再次放入扩散炉中进行高温氧化和吸杂处理，该工序共分4步，每步的时间、温度及各种气体的通入量详细如下：（a）、第一步扩散：扩散时间为300~400s，炉口温度为1020~1040℃，炉中温度为1010~1030℃，炉尾温度为1010~1030℃，氮气的通入量为0ml，三氯乙烷的通入量为0 ml，氧气的通入量为20000~21000ml；（b）、第二步扩散：扩散时间为1620~1800s，炉口温度为1000~1100℃，炉中温度为1000~1100℃，炉尾温度为1000~1100℃，氮气的通入量为0 ml，三氯乙烷的通入量500 ml，氧气的通入量为20000~21000ml；（c）、第三步扩散：扩散时间为180~360s，炉口温度为1020~1040℃，20000~22000 ml，三氯乙烷的通入量0 ml，氧气的通入量为0 ml；（d）、第四步扩散：扩散时间为300~400s，炉口温度为1020~1040℃，炉中温度为1000~1100℃，炉尾温度为1000~1100℃，氮气的通入量为20000~22000 ml，三氯乙烷的通入量为0 ml，氧气的通入量为0 ml；待第四步完成后，将硅片从扩散炉中取出并冷却至室温后，测量硅片的方块电阻，控制方块电阻在70Ω-80Ω之间；（4）去氧化层：经过再分布处理后的硅片表面上形成一层蓝色的氧化膜，将经过再分布处理后的硅片放入浓度为5%~6%的氢氟酸溶液中浸泡300~400s,，去掉硅片表面上的氧化层；（5）二次扩散：将上述经过清洗后去除掉表面氧化层的硅片放到扩散炉里再次进行扩散处理，该工序共分七步，每步的时间、温度及各种气体的通入量详细如下：（a）、第一步扩散：扩散时间为300~400s，炉口温度为900~910℃，炉中温度为850~860℃，炉尾温度为850~870℃，氮气的通入量为28000~30000 ml，三氯氧磷的通入量0 ml，氧气的通入量为0 ml；（b）、第二步扩散：扩散时间为360~420s，炉口温度为910~920℃，炉中温度为870~880℃，炉尾温度为880~890℃，氮气的通入量为28000~30000 ml，三氯氧磷的通入量0 ml，氧气的通入量为0 ml；（c）、第三步扩散：扩散时间为120~210s，炉口温度为920~930℃，炉中温度为890~900℃，炉尾温度为890~900℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷的通入量0 ml，氧气的通入量为3000~4000 ml；（d）、第四步扩散：扩散时间为460~580s，炉口温度为930~940℃，炉中温度为880~890℃，炉尾温度为890~900℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷的通入量2000~2100 ml，氧气的通入量为3000~4000 ml；（e）、第五步扩散：扩散时间为920~1200s，炉口温度为930~940℃，炉中温度为880~890℃，炉尾温度为890~900℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷的通入量2200~2300 ml，氧气的通入量为3000~4000 ml；（f）、第六步扩散：扩散时间为300~420s，炉口温度为890~900℃，炉中温度为850~860℃，炉尾温度为860~870℃，氮气的通入量为22000~23000 ml，三氯氧磷的通入量0 ml，氧气的通入量为3000~4000 ml；（g）、第七步扩散：扩散时间为300~400s，炉口温度为900~910℃，炉ml，三氯氧磷的通入量0 ml，氧气的通入量为0ml；二次扩散完毕后，将硅片从扩散炉中取出并冷却至室温，测量硅片的少子寿命及方块电阻，控制二次扩散后硅片的方块电阻在30Ω-40Ω之间。