硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体制造技术领域，公开了硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法。基于双插硅片的管式原子层沉积法，本发明专利技术通过在待沉积Al2O3薄膜的硅片载具铝舟上设置有用于固定硅片位置的侧槽及底槽，沿着原子层沉积室的进气至出气方向，通过使每组定位齿杆的侧槽及底槽开口依次增大，使背面相对的2片硅片的背面距离沿着前驱体进气至出气方向逐渐增大，并在沉积薄膜的过程中加大N2的流量确保背面相对的2片硅片的背面距离，最终使硅片正面与背面分别制备得到厚度均匀的Al2O3薄膜，且硅片正面的Al2O3薄膜厚度大于硅片背面的Al2O3薄膜厚度。使用本发明专利技术制备得到的硅片片内正面、背面各自的Al2O3薄膜均匀性及批内均匀性较好。均匀性较好。均匀性较好。

【技术实现步骤摘要】
硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]TOPCon电池是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触的晶硅太阳能电池，其转换效率以压倒性优势替代PERC电池，近来成为电池行业研究的热点。
[0003]Al2O3薄膜因其良好的共形覆盖能力和较低的缺陷态密度而被广泛应用于晶硅太阳能电池的表面钝化。Al2O3薄膜中含有大量的氢原子，经过退火处理，氢原子被释放扩散到硅片表面进行化学钝化，同时可以固定大量的负电荷，对硅片表面形成场钝化效应。对于TOPCon电池，硅片在进行刻蚀之后，会在其正面制备Al2O3薄膜作为钝化层，之后再在其正面及背面镀上SiNx涂层。
[0004]Al2O3一般采用原子层沉积（Atomic Layer Deposition，简称 ALD）法制备，此法可以在200℃的低温下进行沉积，进而可减少了对硅片的损伤，提高产品良率。由于是正面单面沉积，ALD法沉积Al2O3的设备多为板式的ALD设备，板式ALD设备可以做到正面单面镀上厚度均匀的Al2O3薄膜，而背面不被Al2O3沉积，但板式ALD设备价格昂贵，约为管式ALD设备的2倍，除此之外，板式ALD设备的生产产能仅为管式ALD设备的1/2。因此，板式ALD设备在TOPCon电池的Al2O3薄膜镀膜市场竞争中并无优势。
[0005]管式ALD设备存在单插硅片和双插硅片两种。单插硅片管式ALD设备的铝舟槽齿里只单插1片硅片，可以使硅片的正面及背面均沉积上Al2O3薄膜，但其缺陷在于生产产能降低一半，不符合TOPCon电池行业各竞争者对其生产效率的要求。
[0006]利用双插硅片管式ALD设备在TOPCon电池正面沉积Al2O3薄膜，为使硅片每两片背靠背叠放在一个铝舟槽齿里，前驱体气流通过叠放的硅片时，在硅片正面沉积上Al2O3层。但在利用双插硅片管式ALD设备在TOPCon电池正面沉积Al2O3薄膜的过程中，会有部分前驱体气流绕流到硅片背面未贴合紧密部分，导致硅片背面部分沉积上不均匀厚度的Al2O3，进而对电池片性能造成影响。在背面不均匀厚度的Al2O3基础上，硅片在进行后续的等离子体化学气相沉积（简称PECVD）工序沉积SiNx薄膜时，会形成电池片外观色差，降低TOPCon电池外观良率。

技术实现思路

[0007]现有TOPCon电池用双插硅片的管式ALD设备进行Al2O3薄膜沉积时，存在由于双插的硅片背面无法完全贴合而导致前驱体气流绕流到硅片背面、进而导致硅片背面镀上厚度不均匀的Al2O3薄膜的问题，进而影响TOPCon电池的转换效率，降低产品外观良率。鉴于以上现有TOPCon电池存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，以制备得到正面与背面分别沉积厚度不同且正面、背面各自厚度均匀的Al2O3薄膜的TOPCon电池。
[0008]本专利技术的具体技术方案为：本专利技术提供了一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1）：提供一个原子层沉积室；所述原子层沉积室内设有工件载体，所述工件载体上设有若干组定位齿杆，每组定位齿杆包括上下平行设置的上齿杆与下齿杆；所述上齿杆上设有若干个侧槽，所述下齿杆上设有若干个底槽；不同组的定位齿杆上的侧槽开口大小不同且沿原子层沉积室的进气至出气方向依次增大；不同组的定位齿杆上的底槽开口大小不同且沿原子层沉积室的进气至出气方向依次增大；步骤2）：在工件载体内放置硅片；放置时，利用底槽及侧槽对硅片进行定位放置，每个底槽及侧槽内放置2片背面相对的硅片；步骤3）：向原子层沉积室依次通入第一前驱体气体、第二前驱体气体，分别在通入第一前驱体、第二前驱体前，向所述原子层沉积室通入流量为30~50L/min的N2使得位于每个底槽及侧槽内放置的2片硅片的背面分离，从而使硅片正面与背面分别制备得到厚度均匀的Al2O3薄膜，且硅片正面的Al2O3薄膜厚度大于背面的Al2O3薄膜厚度。
[0009]在原子层沉积法制备TOPCon电池中Al2O3薄膜的生产工艺中，双插硅片管式ALD设备进行Al2O3薄膜的沉积时，双插的2片硅片无法完全贴合是必然的，通入前驱体气体时，前驱体气体会绕流到硅片的背面，使硅片背面沉积上一层不均匀厚度的Al2O3薄膜，这层不均匀厚度的Al2O3薄膜一方面会导致电子传输的不均匀，进而影响TOPCon电池的转换效率。另一方面，在进行后续的等离子体化学气相沉积工序沉积SiNx薄膜后，会导致电池片外观色差的形成，进而导致TOPCon电池外观良率低。本专利技术通过使双插的2片硅片定位并以逐渐增大的距离分离放置，同时使用大流量N2确保2片硅片分离，依次保证硅片背面绕镀上均匀厚度的Al2O3薄膜，使TOPCon电池硅片正面、背面制备得到厚度不同且正面、背面各自的均匀性好的Al2O3薄膜，进而保证TOPCon电池的转换效率及外观良率。具体而言：步骤1）中，提供了一个原子层沉积室，在其内设置用于放置待沉积Al2O3薄膜的硅片的工件载体，该工件载体包括上下平行设置的上齿杆与下齿杆，在上齿杆上设置用于固定硅片位置的侧槽，在下齿杆上设置同样用于固定硅片位置的底槽。沿着原子层沉积室的进气至出气方向，通过使每组定位齿杆的侧槽及底槽开口依次增大，使背面相对的2片硅片的背面距离沿着前驱体进气至出气方向逐渐增大。
[0010]步骤2）中，在工件载体内放置硅片；放置时，利用底槽及侧槽对硅片进行定位放置，每个底槽及侧槽内放置2片背面相对的硅片。本步骤利用工件载体上设置的底槽及侧槽进行定位放置，为后续原子层沉积法制备Al2O3薄膜做好准备条件。在现实生产中，在工件载体内放置硅片为利用自动化的机械臂将硅片定位放置于每组定位齿杆的底槽及侧槽，每个底槽及侧槽中放置的2片硅片并未完全分离，使用常规原子层沉积法沉积Al2O3薄膜工艺仍未能直接使得其背面绕镀得到均匀厚度的Al2O3薄膜，仍需进一步进行Al2O3薄膜沉积工艺的优化。
[0011]步骤3）中，向原子层沉积室依次通入第一前驱体气体、第二前驱体气体使之发生
反应制备Al2O3薄膜。在通入第一前驱体及通入第二前驱体前，均需向所述原子层沉积室通入流量为30~50L/min的N2使得位于每个底槽及侧槽内放置的2片硅片的背面分离，并确保分离距离适当。要使得双插的硅片背面绕镀上均匀厚度的Al2O3薄膜，必须使双插的2片硅片背面分离距离适当。其中，背面相对的2片硅片的背面距离的理想状态为，沿着原子层沉积室的进气至出气方向，2片硅片的背面距离由小逐渐增大，其原因在于，在实际生产中发现，若2片硅片的背面距离等距设置，距离出气端较近的路段上放置的硅片往往无法沉积上均匀厚度的Al2O3薄膜，当2片硅片的背面距离由小逐渐增大则能。进一步分析其原因为，能提供的原子层沉积室一般较长，即原子层沉积室的进气至出气方向的路径较长，气源在离进气端较近的路段上硅片沉积会产生消耗，距离出气端较近的路段上气源量较小，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅片正面与背面不同厚度的Al2O3薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1）：提供一个原子层沉积室；所述原子层沉积室内设有工件载体（1），所述工件载体（1）上设有若干组定位齿杆（2），每组定位齿杆（2）包括上下平行设置的上齿杆（21）与下齿杆（22）；所述上齿杆（21）上设有若干个侧槽（211），所述下齿杆（22）上设有若干个底槽（221）；沿着原子层沉积室的进气至出气方向排序，第一组定位齿杆上的底槽开口的最大宽度为2.4~2.6mm，往后每组定位齿杆的底槽开口依次增大1~2mm；沿着原子层沉积室的进气至出气方向排序，第一组定位齿杆上的侧槽开口的最大宽度为2.4~2.6mm，往后每组定位齿杆的侧槽开口依次增大1~2mm；步骤2）：在工件载体内放置硅片；放置时，利用底槽及侧槽对硅片进行定位放置，每个底槽及侧槽内放置2片背面相对的硅片；步骤3）：向原子层沉积室依次通入第一前驱体气体、第二前驱体气体，分别在通入第一前驱体、第二前驱体前，向所述原子层沉积室通入流量为30~50L/min的N2使得位于每个底槽及侧槽内放置的2片硅片的背面分离，从而使硅片正面与背面分别制备得到厚度均匀的Al2O3薄膜，且硅片正面的Al2O3薄膜厚度大于硅片背面的Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆敏，卓倩武，俞玉松，
申请(专利权)人：无锡松煜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：