用于对硅片进行掺硼的方法技术

本发明专利技术涉及一种对放置在炉子腔室中的衬底上的硅片进行P型掺硼的方法，腔室的一端包括壁，用于引入反应气体和气态形式硼前驱物的运载气体的装置位于该壁中，由此所述方法包括以下阶段：a)在腔室中，在1kPa-30kPa的压力下并在800℃-1100℃的温度下，使反应气体与在运载气体中稀释的三氯化硼BCl3反应，以形成氧化硼B2O3玻璃层，b)在N2+O2的气氛下并在1kPa-30kPa的压力下，在硅中实施硼原子的扩散。本发明专利技术还涉及用于实施所述掺硼方法的炉子及其应用，用于制造大的掺硼硅片，尤其用于光伏应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对硅片进行掺硼的方法本专利技术涉及进入半导体和光伏电池生产工艺的硅片的制造领域，具体涉及用于对硅片进行掺杂的操作。本专利技术的目的在于提供一种采用三氯化硼作为前驱物以对硅进行P型掺硼的工艺，该工艺在降低的压力下进行实施。由于其目的，本专利技术还具有设计成实施所述掺杂工艺并将其应用至大掺硼硅片制造的炉子。在电子集成电路和太阳能电池的发展过程中，半导体生产依赖于以下技术：主要基于通过掺杂对硅材料进行固有改性。材料的掺杂包括将另一材料引入其基质原子。这些原子将被一些原始原子替代，因此将引入更多的电子或产生空穴。电子不足元素插入硅网中可导致被认为带正电的材料，因此有术语“P型掺杂”。硼元素产生这种掺杂类型。掺杂通常在经受特定压力和温度的反应器或炉子中实施。将掺杂元素以呈汽态的前驱化合物的形式引入炉子中，在炉子中，掺杂元素与一种或多种反应气体反应以产生待沉积的掺杂化合物本身，并将掺杂剂扩散入硅原子网中。使用运载气体将它引入炉子的腔室中，运载气体的作用是将它驱赶至硅片的表面。为此，它通过与所述前驱物源接触而稀释于运载气体中，该前驱物源可以是固态、液态或气态源。为了工业生产，使用卧式炉或立式炉，其腔室通常呈圆柱管的形状，将硅片设置在炉子中的由石英或碳化硅制成的衬底上。腔室的一端配设有门以允许引入硅片。另一端由固定端壁封挡。可通过腔室的一个壁，适宜地通过端壁，引入掺杂气体、运载气体和反应气体。众所周知的是，运行条件，尤其温度和压力，是反应器中流体动力学的关键参数，而且它们对于反应动力学有决定性的影响，形成的化合物能根据作出的选择而大有不同。具体地说，必须防止形成对反应器侵蚀或对操作者有害的化合物，还必须限制副反应产物的产生，这些副反应产物会干扰掺杂质量、使腔室结垢并污染气态排出物。紧要地是，对于在设于反应器整个长度上的硅片获得均质润湿(即，气态混合物与待处理的所有表面相接触)和在硅片的整个表面上获得均一沉积来说，气态循环是最优的。此外，重要的是控制前驱物的氧化，以使所需的化合物形式被正确沉积，而不导致形成不合需要的反应产物。根据最常用的掺杂工艺之一，因为在大气压力下在炉子中实施该掺杂工艺而称为“开管”，将硅片引入炉子并带到通常800℃-1200℃的温度。该温度对于确保通过掺杂剂的扩散而渗入硅片的表层来说是必需的。然而，这些工艺产生在炉子和环境中散布酸的重大风险。在反应腔室中，从掺杂剂获得的这种酸的存在对于硅片处理重复性有影响，并常常产生HCl点蚀硅表面的问题。酸蒸汽在炉子环境中的可能释放会导致长期的维护停机和产能损失。由于腔室中从一个位置到下一位置的大损耗，要以高流量输送气体以在所有硅片上获得均质的分布，这会产生大量的气体消耗并因此产生大量的待处理排出物。由于这种损耗，为了获得良好的掺杂均匀性而不过度增加成本，炉子必须保持尺寸适中，这就必须处理具有适度尺寸(小于10cm2)的硅片，且要在每个硅片之间设置相对较大的空间(大于5mm)。因此，能装入炉子的硅片数量局限于约50个。这种约束对于制造用于太阳能电池的硅片来说是尤其不利的。更具体地考虑掺硼，为了补救这些问题，已经作出各种尝试以开发掺杂方法。已经实施了使用不同硼源的试验。然而，有许多障碍要克服。要避免混合有四乙基正硅酸盐(TEOS)的硼酸，这是因为即使有最大的纯度，它也仍然含铁，这会削减产量。传统的BBr3是对于操作者和设备有毒有害的液体。乙硼烷是有毒气体，出于明显的安全原因，应放弃乙硼烷。由于这些缺点，生产商正寻求一种使用低毒气态前驱物的技术。三氯化硼是满足该要求的其它化合物。然而，由于控制其反应的难度，已经放弃了它。在这个主题上，可提及专利US4381213，其描述了一种通过BCl3来对硅片进行掺硼的方法，该方法需要多个阶段。首先形成50埃的氧化物层，以保护硅片表面不受后续阶段中硼化物反应形成的侵蚀性产物影响。然后，将包含硼前驱物的气态组合物引入反应器中并同时用作氧化气体，整个混合物在6.7Pa-66.5Pa的受控真空下反应，以在硅片上形成一层含硼化合物。最后，加热阶段导致硼的再分布，并以所需的深度将硼结合入硅片中。然而，该方法仍然需要实现含硼层的再氧化，因此在不损坏硅片表面的前提下可放弃该方法。已经尝试了一些对策以增大硅片之间的间隔或增大气态流量，如上所述，这也是不令人满意的。已经采取了其它对策以在低压下进行处理，但这些技术在其使用中非常有限制。还将其它对策转向使用非常不同的技术，诸如离子注入，其具有非常不适宜的经济和工业特征，不适于这里所关注的应用。因此，存在一个多年来提出且直到现在仍满足不了的需求：使用一可实施对硅进行掺硼的技术，该技术是均质的、可重复的和可靠的，可在一个周期内处理100个以上大尺寸的硅片，而气体消耗适度。本专利技术的目的是通过提出一种对硅进行掺硼的新工艺来解决上述问题以满足该需求。所提出的工艺提供了在降低的压力下、即在亚大气压的压力下操作的优点，然而，其非常优于LPCVD(低压化学气相沉积)技术所产生的几帕量级的工艺压力。所限定的操作条件可使用三氯化硼BCl3(也称为三氯硼烷)作为掺杂元素的前驱化合物，三氯化硼是一种被认为具有难以控制的反应性的气体。由于这些特定操作条件的开发，现在可使用提供以下优点的前驱物气体来实施掺硼：对于使用者来说较易操作。所提出工艺的另一优点是气体在一定程度上的紧密混合，这促进了在所有硅片上的均匀沉积。因此所实现的性能水平可对大尺寸和大量的硅片进行掺杂，由于优良的产量和无与伦比的安全条件，这在制造光伏电池时尤其有用。在对所处理硅片的高质量掺杂中，用于实施前驱物氧化、以及在硅层中对硼进行沉积和扩散的其它工业约束已被观察到并达到顶点。因此，作为其目的，本专利技术具有一种对放置在炉子腔室中的衬底上的硅片进行掺硼的工艺，腔室的一端包括壁，用于引入反应气体和气态形式硼前驱物的运载气体的装置位于该壁中，由此所述工艺包括以下阶段：a)-在腔室中，在1kPa-30kPa的压力下并在800℃-1100℃的温度下，使反应气体与在运载气体中稀释的三氯化硼BCl3反应，以形成氧化硼B2O3玻璃层；b)-在N2+O2的气氛下并在1kPa-30kPa的压力下，在硅中实施硼原子的扩散。在炉子中实施该工艺，该炉子例如呈通常水平的圆柱管子形状，设有由门气密密封并将硅片引入其中的腔室。炉子包括管子，用于在精确控制的流量和压力条件下将气体注入腔室以实现上述各阶段。通过位于反应器的壁中的附加管子来确保气体的抽取。该管子的开口位于与气体注入管子相对的端部处，较佳地在左侧。例如包括电阻器的加热装置围绕腔室分布，与腔室隔开或接触。炉子设有气体抽取装置，包括连接至上述抽空管子的抽吸装置，用来在腔室中形成恒定且受控的局部真空。该抽吸可引导和保持腔室中的气体速度，同时对来自于其中的排出物进行恒定的抽空，从而有利地在反应过程中改变任何化学平衡。这些气体抽取装置具有作为主要部件的隔膜泵，该隔膜泵的元件与包括全氟聚合物的气体相接触。同样，与反应气体相接触的所有元件都由全氟聚合物、石英或碳化硅形成。根据该工艺，在第一步骤中，硼前驱物的分解产生以硅片上的玻璃形式沉积的氧化物B2O3，在第二步骤中，硼原子在硅中扩散，且对其半导体性质进行局部改性，由此该阶段本身实现了对硅进行掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.04.06 FR 09/017081.用于对放置在炉子的腔室(3)中的衬底(2)上的硅片(1)进行掺硼的工艺，所述腔室的一端包括壁(4)，用于引入反应气体和气态形式硼前驱物的运载气体的装置位于所述壁中，其特征在于，所述工艺包括以下阶段：a)-在所述腔室中(3)，在1kPa－30kPa的压力下且在800℃－1100℃的温度下，使所述反应气体与在所述运载气体中稀释的三氯化硼BCl3反应，以形成氧化硼B2O3玻璃层；b)-在N2+O2的气氛下并在15kPa－30kPa的压力下，在硅中实施硼的扩散。2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在阶段a)和b)中，所述腔室的所述硅片(1)附近的区域、处理区域(5)中的温度是900℃－1000℃。3.如前述权利要求中一项所述的工艺，其特征在于，在阶段a)中，将所述三氯化硼以20立方厘米/分－100立方厘米/分的流量提供至所述腔室(3)。4.如前述权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述三氯化硼的流量呈现注入氧气的流量的约四分之一。5.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，将所述三氯化硼稀释在所述运载气体中而达到3％－95％的体积浓度。6.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述腔室(3)中的总气态流量小于5升/分。7.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，将所述反应气体和三氯化硼的所述运载气体引入自由区域(6)，所述自由区域位于所述腔室(3)的在所述壁(4)和容纳所述硅片(1)的所述处理区域(5)之间的区段中，在所述自由区域，所述反应气体和所述运载气体在润湿所述硅片之前混合，所述自由区域占据所述腔室(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·佩里格林，
申请(专利权)人：塞姆科工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：