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微细加工技术

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应用于扩散工艺中的闭管扩散技术

向小龙，彭志虹，朱晓明，罗卫国，赵加宝，罗9亮

（中国电子科技集团公司第四十八研究所，长沙@$#$$$）

摘要：介绍了一种用于晶体硅太阳能电池

A;B结制造的闭管扩散技术，它主要是针对目前使用的开

管扩散技术的不足而提出的，实践证明，该技术不仅扩散均匀性优，而且节源、节能、环保，同时它还可以运用于其它半导体材料的扩散掺杂工艺。

关9键9词：闭管扩散技术；扩散均匀性中图分类号：-.?#C5:999文献标识码：,

!\"引言

目前在晶体硅太阳能电池核心工艺A;B结制造过程中通常采用传统的开管、高温、掺杂源过量的扩散技术，其扩散装置如图$所示。该技术的不足是：（$）热损耗大；（\"）掺杂源消耗量大；（?）反应过程中副产物偏磷酸生成量大、且无法有效控制其排放方向，损伤设备；（@）工艺尾气如’D\"、0’D等如果处理不当，会危害操作者身体健康、污染环境；（C）扩散质量易受外界环境变化的影响。而闭管扩散技术正是为弥补开管扩散的诸多不足而提出的。实践表明，（$）闭管扩散技术可以节省扩散掺杂源、工艺气体用量，并降低热损耗；（\"）工艺过程几乎不受外界环境变化的影响；（?）单批次产量可提高$E?、扩散的均匀性也有显著的提高；（@）消除了开管扩散技术中由于

尾气处理不当而存在的对操作者身体健康和环境的潜在威胁。目前国际上已有多家公司对闭管扩散设

备与技术进行研究，并取得了一定的成功，例如德国’7BFGHFI7GJ、法国K7JL8以及捷克K8MG公司。中国电子科技集团公司第四十八研究所是国内最早提出该技术并对其进行了深入的研究，推出了适用于晶体硅太阳能电池生产线、效果良好的%C$$\";@NEO%生产型大口径闭管高温扩散系统。

#\"闭管扩散技术的原理

主要原理是通过高温下炉门密封装置、尾气收集装置、超长恒温区加热炉体设计制造以及温度的测量与控制技术，在确保高产能、扩散均匀性优的前提下减少液态源P)’D?以及其它工艺气体的用量，从而降低偏磷酸（0P)?）与’D\"生成量以及对这些有毒害副产物进行定向回收、集中处理。其扩散装置如图\"所示。

$\"关键技术及解决措施

$）自动推舟炉门密封装置

与原有的开管扩散方式相比，闭管扩散系统将

图$9开管扩散原理示意图

工艺过程与外界环境完全隔离，实现了反应管内前、

99收稿日期：\"##:;#$;\"<

99作者简介：向小龙（$），男，工程师，主要从事电子工业专用设备及工艺的研究；彭志虹（$），女，工程师，主要从事机械加工工艺技术研究工作。

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微细加工技术!\"\"#年

险性，因此在整体气路配置方面进行了优化处理，确保一旦出现源瓶内压力过高时设备可自动进行泄压处理，有效地防止了其它设备所存在的源瓶爆瓶现象。

!\"结论

图!$闭管扩散原理示意图

中、后扩散源杂质浓度的均匀一致，从客观上保证了扩散片间的扩散均匀性，杜绝了外界环境变化的干

扰，有利于工艺质量的分析与控制。但晶体硅太阳电池磷扩散制造%&’结工艺是在(\"\")左右的高温下进行，如果不采取有效的隔热手段是无法实现炉门密封的，为此采用了特别的材料与技术进行隔热；另外，确定一个合适的炉门预紧力也至关重要，过大会损坏石英炉门，太小又无法可靠密封，因此采用了智能式压力自调整机构。!）尾气回收冷却装置

闭管扩散技术的另一显著优点是节能、节源、环保。掺杂源*+,-.及工艺气体从尾部注入，在管口处集中收集后再由炉尾排出。另外，由于扩散工艺是在高温条件下进行，刚排出的尾气温度非常高，因此必须精选尾气管、联接接头以及联接方式，并且在尾气排放前要对其进行有效的冷却降温处理。.）温度、气流控制及安全保护系统$$对高温热扩散设备而言，要确保扩散的均匀性，精确、恒定的温度与气流控制是必不可缺的。在温度方面，我们为了确保超长恒温区的温度均匀性，除精心制作加热器—炉体外，控温过程中采用多组*/0参数自调整、自适应及手动—自动无扰动切换技术。工艺气体流量的控制器选用进口优质12,（质量流量控制器），该12,不仅流量控制精确度高

而且响应时间短、导通死角小。由于*+,-.的高危

$

本设备已成功运用于国内光伏企业的产业化生产线，有如下的优点：

3）扩散的均匀性非常好，片内、片间、批间方块电阻均匀性达到了4.5范围，且质量特别稳定。

!）设备的节源、节能效果特别明显，在产能增加36.的条件下，*+,-.用量却减少了#\"5，单位扩散成本下降!75，单位能耗下降!\"5。

.）高温扩散工艺下炉门的密封效果与可靠性特别好，工艺中尾气完全由尾部集中收集排走，环保效果明显。

8）偏磷酸的生成量大大减少，仅为开管的363\"左右。石英管等器件的清洗周期延长了#9:倍，极大地降低了设备维护人员的工作量。

#\"致谢

感谢陈特超高级工程师及其他科技人员在本技术研究中所给予的大力指导！参考文献：

［3］$1;<=>?-@A;BCD半导体制造技术［1］D北京：电子工业

出版社，!\"\"8D

［!］$EF?%=?’G，,>H%I?--D微电子制造科学原理与技术

［1］D北京：电子工业出版社，!\"\".D

［.］$电子工业部标准化研究所D电子工业专用设备设计

手册［1］D北京：电子工业部标准化研究所，3(J(D

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