摻雜半導體襯底的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過擴散過程摻雜半導體襯底的方法，其中，在第一涂覆階段中，至少在多個區(qū)域中將至少一種摻雜物源沉積在半導體襯底的表面上，隨后在驅(qū)進階段中，將至少一種摻雜物擴散到半導體襯底中，以及在第二涂覆階段中，至少在多個區(qū)域中再次將所述至少一種摻雜物源沉積在半導體襯底上，且將至少一種摻雜物同時擴散到半導體襯底中。在該方法的情況下，靠近表面的區(qū)域中的摻雜物濃度從而是可調(diào)整的，而獨立于摻雜物的擴散深度。本發(fā)明也涉及采用該方式摻雜的半導體襯底。
【背景技術】
[0002]摻雜區(qū)域可以承擔太陽能電池中的多種不同的任務，此處可以引用摻磷區(qū)域作為示例。在P型太陽能電池的情況下，磷摻雜用以形成發(fā)射極，而對于η型電池，其可以用作為前面場(FSF)或背面場(BSF)。這些應用中的各應用具有不同要求，例如關于高摻雜的可接觸性和載流子復合。出于該原因，也必須改變摻雜分布。
[0003]用于摻雜的當前過程通常如下進行:在N2氣氛中將晶片引入熔爐中，然后加熱到特定溫度。然后是約20-40分鐘的溫度平穩(wěn)時期，在該溫度平穩(wěn)時期中，除了氮氣外，還將反應氣體(例如P0C13、BBr3、BC13、OjPH2O)引入熔爐中(A.Cuevas于1991年在美國內(nèi)華達州拉斯維加斯舉辦的第22屆IEEE光伏專家會議的公報上發(fā)表的“A good recipe tomake silicon solar cells”)。在這個所謂的涂覆階段中，將娃酸鹽玻璃形成在晶片的表面上。在整個過程期間，其用作為摻雜物源。在該第一平穩(wěn)時期之后，通常跟著往往處于相同溫度的第二平穩(wěn)時期。在該所謂的驅(qū)進階段，不將附加的摻雜前體(例如？0(:13或881*3)供給到氣氛。這里，一個方面，摻雜物從硅酸鹽玻璃中擴散出來，進入到晶片中。另一方面，而且在涂覆階段期間已經(jīng)擴散到晶片中的摻雜物更深地擴散到晶片中。根據(jù)所選的過程參數(shù)和所用的摻雜物的擴散機制，通常例如形成像高斯或檢測函數(shù)的分布或者所謂的翹曲和長尾分布(在磷摻雜的情況下)。如果現(xiàn)在希望不同的摻雜分布，則可以改變多種不同的參數(shù)，例如溫度或氣流。然而，對于所有的這些改變來說，即使希望僅改變一個參數(shù)，通常也是既改變表面濃度，又改變摻雜分布的深度。
[0004]甚至當前的用于在一個高溫步驟中共同擴散(即同時產(chǎn)生)p摻雜和η摻雜的方法具有上述限制(B.S.B.Bazer-Bach1、C.0liver, Y.Pellegrin、M.Gauthier、N.Le Quang>M.Lemiti于2011年在第26屆歐洲光伏太陽能展會上發(fā)表的“CO-DIFFUS1N FROM BORONDOPED OXIDE AND P0CL3”)。這里，在擴散過程之前，將含硼的摻雜物源應用在晶片的一側(cè)，然后接著使晶片經(jīng)受POCl3氣氛，這樣做的結果是晶片在一側(cè)被摻入硼，在另一側(cè)被摻入磷。因而在氮氣或略微氧化性氣氛下進行該過程的第一部分。僅在該過程的結尾引入POCl3氣氛。因此可以使得產(chǎn)生可用于硼擴散而非用于磷摻雜的更高的熱平衡。這是必然的，因為對于硼的有效擴散性遠遠低于對于磷的有效擴散性。然而甚至這里，僅通過單個涂覆階段應用摻雜，從而表面濃度和摻雜深度的單獨調(diào)整是不可能的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]從此處開始，本發(fā)明的目的是提供一種摻雜方法，利用該方法可以調(diào)整表面上的摻雜物濃度和摻雜分布的深度。同時，該過程應當是易于控制的且歷時短。而且應當提供如共同擴散過程的可用性。
[0006]通過具有權利要求1的特征的用于摻雜的方法以及通過具有權利要求15的特征的摻雜的半導體襯底來達到該目的。另外的從屬權利要求揭露出有利的發(fā)展。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種通過擴散過程摻雜半導體襯底的方法，其中，
[0008]a)在第一涂覆階段中，至少在多個區(qū)域中將至少一種摻雜物源沉積在半導體襯底的表面上，
[0009]b)在驅(qū)進階段中，將至少一種摻雜物擴散到半導體襯底中，
[0010]c)在第二涂覆階段中，至少在多個區(qū)域中再次將所述至少一種摻雜物源沉積在半導體襯底上，且同時將至少一種摻雜物擴散到半導體襯底中。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的方法的特定特征因而在于，在第一涂覆階段中通過摻雜物源的氣流來調(diào)整摻雜物的擴散深度，并且在第二涂覆階段中通過摻雜物源的氣流來調(diào)整半導體襯底的靠近表面的區(qū)域中的摻雜物濃度。因此通過氣流，可以調(diào)整沉積在半導體襯底上的摻雜物源的濃度。
[0012]因此，構成本發(fā)明的基礎構思在于，可以通過在過程的結尾的第二涂覆階段來實現(xiàn)表面濃度和擴散深度的單獨調(diào)整。
[0013]優(yōu)選地，半導體襯底由硅組成，基本上對其它半導體的應用也是可以的。
[0014]因而第一涂覆階段發(fā)生在過程的開端，這里，將摻雜物源沉積在半導體襯底上。通過改變摻雜物源或摻雜物前體的氣流，可以調(diào)整在半導體襯底上沉積的摻雜物的量，因此也調(diào)整摻雜的深度，而且也調(diào)整半導體襯底的總體摻雜。
[0015]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，
[0016]a)在半導體襯底的靠近表面的、從表面測量的深度為5nm的區(qū)域中，產(chǎn)生高于1.5.102°個原子/cm 3(atoms/cm3)的摻雜物濃度，優(yōu)選地高于3.102°個原子/cm 3的摻雜物濃度，
[0017]b)在從表面測量的深度為5nm至10nm的區(qū)域中，產(chǎn)生高于117個原子/cm3的摻雜物濃度，以及
[0018]c)在從表面測量的深度為10nm至400nm的區(qū)域中，產(chǎn)生102°個原子/cm3至10 17個原子/cm3的摻雜物濃度，優(yōu)選地在10 19個原子/cm 3至10 17個原子/cm 3的范圍中的摻雜物濃度。
[0019]優(yōu)選地在680°C至950°C的范圍中的溫度下，特別優(yōu)選地在750°C至850°C的范圍中的溫度下，進行第一涂覆階段。由此第一涂覆階段優(yōu)選地持續(xù)5分鐘至50分鐘，特別優(yōu)選地持續(xù)10分鐘至30分鐘?？梢允褂醚趸詺夥?，或者甚至惰性氣體氣氛，例如氮氣。
[0020]在第一涂覆階段之后，進行驅(qū)進階段，接著是對半導體襯底的溫度處理，使得摻雜物可以進一步擴散到半導體襯底中。因而，優(yōu)選地在800°C至1000°C的范圍中的溫度下，特別優(yōu)選地在850°C至950°C的范圍中的溫度下，進行溫度處理。驅(qū)進階段的持續(xù)時間優(yōu)選地在30分鐘至240分鐘的范圍中，特別優(yōu)選地在45分鐘至150分鐘的范圍中。在驅(qū)進階段期間，也可以使用氧化性氣氛和惰性氣氛，例如氮氣。氧化性氣氛由此引起摻雜物源的轉(zhuǎn)換，這可以導致限制進一步擴散到半導體襯底中。這導致在半導體襯底的靠近表面的區(qū)域中的摻雜物濃度首先降低，同時可以驅(qū)進位于半導體襯底中的摻雜物更深入到半導體襯底中。
[0021]隨后接著是第二涂覆階段，在該階段中，反過來將摻雜物引入氣氛中。摻雜物或摻雜物前體擴散穿過已形成的硅酸鹽玻璃，到達半導體襯底。因為在該過程結束前不久實現(xiàn)該步驟，所以摻雜物僅具有很少時間來擴散到半導體襯底中，因此保持在半導體襯底的靠近表面的區(qū)域中。而且這里，在摻雜物或摻雜物前體的氣流的幫助下，首先影響沉積的摻雜物的量，因而也指定在半導體襯底的靠近表面的區(qū)域中的摻雜物濃度。
[0022]優(yōu)選地，在第二涂覆階段中，在700°C至950°C的溫度下，特別優(yōu)選地在800°C至900°C的溫度下，進行溫度處理。第二涂覆階段優(yōu)選地具有5分鐘至60分鐘的持續(xù)時間，特別優(yōu)選地10分鐘至30分鐘的持續(xù)時間。作為氣氛，這里可以使用惰性氣氛和氧化性氣氛。
[0023]由于通過在第一涂覆階段和第二涂覆階段中改變氣流來調(diào)整在半導體襯底的靠近表面的區(qū)域中的摻雜物濃度和摻雜物的擴散深度，因此可以保持該過程的熱平衡不變。因此，該擴散過程也可以應用在共同擴散過程中，例如利用摻雜的硅酸鹽玻璃。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一變型提供了，不變的熱平衡不是必需的，出于該原因，于是也可以通過在第二涂覆階段之前增大熱平衡來調(diào)整摻雜物的擴散深度。
[0025]另一優(yōu)選變型提供了，在加熱半導體襯底期間進行第一涂覆階段。該加熱階段可以例如從室溫升高到700°C至900°C的溫度。因此，可以明顯縮短過程持續(xù)時間，這是因為第一涂覆階段的全部時間被移到加熱階段中。然而，也可以在達到750°C至850°C的范圍中的溫度之后進行第一涂覆階段。
[0026]另一優(yōu)選變型提供了，在將半導體襯底引入擴散熔爐中之前進行摻雜物源的沉積。于是高溫過程僅由驅(qū)進階段和第二涂覆階段組成。
[0027]進一步優(yōu)選地，在各個階段中，即在涂覆階段和驅(qū)進階段中，還引入除摻雜物源以外的氣體，特別是氮氣和/或氧氣和/或水蒸氣。因此，在氧化性氣氛中，摻雜物源可以是摻雜物的前體，從而通過氧化性氣氛中的氧進行摻雜物源到摻雜物的轉(zhuǎn)換。
[0028]特別地，優(yōu)選娃作為半導體。對于利用磷的摻雜，優(yōu)選P0C1#P /或PH 3作為摻雜物源。對于利用硼的摻雜，優(yōu)選BBrJP /或B 2H6作為摻雜物源。
[0029]另一優(yōu)選變型提供了，在第一涂覆階段之前，在半導體襯底的表面上沉積第一摻雜物，在半導體襯底的相對的表面上沉積與第一摻雜物不同的第二摻雜物。在驅(qū)進階段中，于是將第一摻雜物和第二摻雜物擴散到半導體襯底中。該操作模式可用于利用硼和磷的前側(cè)和后側(cè)摻雜。
[0030]根據(jù)本發(fā)明，也提供了根據(jù)