326浙江大学硅材料花聚团

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1、RTP对磷在硅中扩散的影响花聚团,杨德仁,席珍强,樊瑞新,阙端麟浙江大学硅材料国家重点实验室杭州310027摘要：本文研究了太阳电池发射极制造过程中，快速热处理（RapidThermalProcessing,RTP）对磷在硅中扩散的影响。扩展电阻和方块电阻测试结果显示，950℃和1100℃下，短时间的RTP处理得到了在常规热处理条件下长时间才能得到的pn结结深，说明RTP对磷扩散有明显的促进作用。不同扩散时间、扩散温度下得到的数据比较显示，扩散时间越长，扩散温度越高，pn结就越深。这和扩散的传统理论是一致的。关键词：快速热处理；磷扩散；

2、硅；太阳电池Abstract：Theeffectsofrapidthermalprocessing(RTP)uponphosphorusdiffusioninsiliconduringthefabricationoftheemitterofsolarcellwereinvestigated.Carrierconcentrationprofilesshowedthat,at950℃and1100℃,appropriateRTPemittercouldbeformedinlessoneminute,whileintheconventiona

3、lthermalprocessing(CFP)emitterdiffusiontimeismorethan15min,whichrevealedthatRTPhavegreatlyenhancedthephosphorusdiffusion.Inadditional,thepnjunctionwouldbecomewiderwiththeincreaseofthediffusiontimeanddiffusiontemperature,whichisconsistentwiththetraditionaldiffusiontheory.

4、Keywords:RTPphosphorusdiffusionsiliconsolarcell30引言自上个世纪80年代中期开始，RTP技术开始应用于太阳电池制作[1,2]。近年来，有关RTP在太阳电池应用的研究更是如火如荼，研究者取得了很大成果，光电转化效率也已经接近CFP太阳电池[3~7]。太阳电池发射极的制造在太阳电池制造中占有重要地位，发射极的质量直接关系到电池的光电转化效率。所以很有必要研究磷在硅中扩散的机理。常规热处理时，磷在硅中的扩散机理已多有研究，一般认为磷是以自间隙机制进行扩散，也有认为和中性及带单个负电荷的点缺陷有关

5、[8~13]。总的来说，杂质原子是基于热力学进行的扩散，主要考漂移场和浓度梯度的作用。快速热处理时磷在硅中的扩散则研究不多，且其扩散机制并不十分清楚，有研究者认为其扩散机制和常规热处理时磷的扩散机制一样，只不过快速热处理增强了磷的扩散而已[14,15]。但是，很明显，在快速热扩散中，除了有热力学作用外，还主要受到光的作用。磷的扩散是在非平衡状态下进行的。因为RTP系统是利用卤钨灯进行加热，其产生的高能光子会对磷和其它杂质原子的扩散有重要影响。另外，RTP系统的升温和降温速率都很快，可分别达到150℃/s和80℃/s，这种非平衡状态对杂质

6、原子的扩散也会有很大影响。本文利用高质量的集成电路用、p型直拉单晶硅，经过RTP扩磷后，得出了在不同温度、热处理时间的样品的pn结深度，考察了快速热处理对磷在硅中扩散的影响。2实验过程实验所用的样品为浙大海纳科技股份有限公司下属宁波海纳半导体有限公司提供的高质量集成电路用抛光p型（100）取向掺B直拉单晶硅（Cz-Si）片，电阻率约为15-25W·cm。磷扩散形成pn结的具体实验过程如下：在快速热处理系统的石英腔中通入高纯氧气氛，中间夹着固态磷源——和硅片同样大小的磷纸的两片1cm×2cm的Cz硅片置入其中，然后30s内升温至目标温度（

7、950-1100℃），保温一定时间（35-50s）。热处理完毕，待冷却后取出，用10％HF溶液浸泡5分钟。然后用扩展电阻仪测量其扩展电阻，用四探针测试仪测其方块电阻。3图2扩展电阻仪测得的950℃下、氧气氛中快速热处理50s的样品中磷的分布图Fig.2Carrierconcentrationprofilebyspreadingresistancemeasurementforsamplerapidthermalannealedfor50sat950℃,O2ambient3结果与讨论图1、图2、图3分别是在950℃、1100℃下热处理35s

8、、50s的样品中载流子浓度分布图。利用扩展电阻仪测得。从图中可以看到，随着扩散时间的增加，结深也明显增加。950℃热处理35s，结深为0.14mm；热处理50s，结深达到0.35s。图1扩展电阻仪测得的95