一种掩膜层及其生长方法和应用与流程

本发明属于半导体制造领域，具体涉及一种掩膜层及其生长方法和应用。

背景技术：

1、降本增效是恒久追求，效率提升是长期方向。光伏产业发展的核心驱动力是度电成本不断下行，带动投资收益率的不断提升，而降本增效是产业发展的恒久追求。在钝化发射极和背面电池的转换效率和降本空间逼近极限的当下，具有更高转换效率的新型电池技术迎来发展窗口期，隧穿氧化层钝化接触电池、光伏异质结电池、全背电极接触晶硅太阳电池或交叉指式背接触异质结等新一代电池技术有望快速崛起。

2、随着新一代技术的崛起，工艺步骤复杂性增加，需要在某些步骤增加掩膜保护，以确保高效的电池结构。传统的掩膜主要为磷硅玻璃(psg)、硼硅玻璃(bsg)以及高温氧气生长的sio2。psg作为掩膜层，厚度大约在30-50nm左右，生长速率较为缓慢，且清洗所使用的hf及碱溶液对psg层的腐蚀速率很快，酸洗需要克服酸气、酸液对psg的腐蚀，碱洗需要开发保护psg层的添加剂配合使用，所以保护窗口比较小；bsg作为掩膜层，厚度大约在60-120nm，生长速率较为缓慢，生长温度高，长时间的高温过程会对钝化结构的性能产生影响，且bsg在后续的磷扩散中会继续掺p形成bpsg，对hf的腐蚀抵挡效果会显著降低；高温氧气生长的sio2作为掩膜层，致密性较好，但由于氧化硅的生长速率很慢，想生长更厚氧化层需要更高的温度，且生长时会对si、非晶硅、多晶硅都会产生减薄的现象，也会对其中掺杂的原子进行推进或析出的现象，造成钝化性能下降。

3、例如，cn110391317b公开了一种单晶硅片的绒面制备方法，其目的在于提供一种新的采用sio2掩膜来制备倒金字塔形绒面结构的方法，其技术方案为(1)将单晶硅片表面有机脏污去除；(2)将步骤(1)中得到的单晶硅片进行表面氧化，生成氧化硅掩膜层；(3)将步骤(2)中得到的单晶硅片进行高温退火；氧化硅掩膜在退火后产生高密度的针孔，形成碱溶液与硅片直接接触反应的通道；(4)将步骤(3)中得到的单晶硅片进行制绒；最终在氧化硅掩膜的针孔位置形成倒金字塔形结构；(5)将步骤(4)中得到的单晶硅片去除氧化硅掩膜层，得到需要的倒金字塔形绒面。

4、cn107785456a公开了一种背接触太阳能电池的制备方法。所述制备方法包括制绒；制备正表面薄掩膜；双面磷扩散使其在正表面形成n+轻掺杂区域和psg层，在背表面形成n+重掺杂区域和psg层；背表面激光开槽、抛光、硼扩散；清洗基体并制备钝化减反膜；印刷金属电极及烧结。

5、cn104485390a公开了一种全背电极太阳能电池的生产方法，该方法的步骤如下：提供一前置处理后的硅片；将硅片的双面进行硼扩散处理；刻蚀掉正面形成的bsg层，利用背面形成的bsg层作为制绒掩膜层，对硅片的正面进行制绒；去除背面的bsg层，清洗硅片，在双面制备腐蚀掩膜层；然后再在背面镀sinx钝化膜层；再在正面镀sinx减反膜层；对背面需要形成背表面场的区域进行开槽；对开槽区域进行刻蚀，腐蚀掉硼掺杂区域，则剩余的硼掺杂区域为发射极；在开槽区域进行磷扩散处理，形成背表面场；去掉残留的psg层及腐蚀掩膜层；再对发射极区域进行开孔；印刷相应的金属分别连接背表面场和发射极，并烧结形成相应的电极。

6、总之，这些掩膜层生长缓慢，且在生长的过程中会影响一些膜层结构的钝化性能，所以导致新型技术不能大批量稳定投入生产。

7、因此，如何在不影响钝化性能和保护性能的同时增加保护膜的生长速率，实现短时间高质量的掩膜层生长是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种掩膜层及其生长方法和应用。本发明使用硅源和氧源在15-25pa的低压条件下进行外延生长，短时间内便可获得高质量的氧化硅掩膜层，此方法在提高生长速率的同时不会与底部的结构发生反应，并且对钝化结构的性能也可起到保护作用。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种掩膜层的生长方法，所述生长方法包括：

4、采用氧源和硅源在低压条件下进行外延生长，得到氧化硅掩膜层；

5、所述低压的压力为15-25pa，例如可以是15pa、16pa、17pa、18pa、19pa、20pa、21pa、22pa、23pa、24pa或25pa等。

6、本发明使用硅源和氧源在低压条件下外延生长氧化硅掩膜层，低压情况下分子的平均自由程增加，气体分布的更加均匀，有利于分解沉积的均匀性；此外，在低压力情况下，气体的总量会降低，可以减少气体的使用量，降低生产成本，并且低压下气体排空的速度增加，更有利于副产物的排空，增加薄膜生成质量。因此，短时间内便可获得高质量的氧化硅掩膜，并且此方法制备得到的氧化硅掩膜不会与底部的结构发生反应，对钝化结构的性能也可起到保护作用。

7、本发明中，外延生长时的压力低于15pa时，会导致生长速率缓慢，影响生产效率，而当压力高于25pa时，会导致生长速率过快，出现粉尘较多的情况，影响掩膜质量。

8、优选地，所述氧源为氧气。

9、优选地，所述氧源的流量为500-1500sccm，例如可以是500sccm、600sccm、700sccm、800sccm、900sccm、1000sccm、1100sccm、1200sccm、1300sccm、1400sccm或1500sccm等。

10、本发明中，氧源的流量过大，会增加管内气体的抽空速度和降低硅源在炉管内的浓度，进而降低沉积速率，而当氧源的流量过小时，则会降低沉积速率。

11、优选地，所述硅源为硅酸乙酯。

12、优选地，所述硅源的流量为50-100sccm，例如可以是50sccm、60sccm、70sccm、80sccm、90sccm或100sccm等。

13、优选地，所述硅源和氧源的流量比为1:(5-30)，例如可以是1:5、1:10、1:15、1:20、1:25或1:30等。

14、本发明中，硅源和氧源的流量比过大，即氧源的流量过小，会降低管内气体的抽空速度，硅源与氧源的反应速率降低，而当硅源和氧源的流量比过小时，过多的氧源会增大管内气体抽空速率，降低硅源在炉管内的浓度，使得沉积速率下降。

15、优选地，所述外延生长在反应腔室中进行，所述硅源由载气携带进入反应腔室。

16、优选地，所述载气包括氮气、氩气或氦气中的任意一种或至少两种的组合。

17、优选地，所述硅源与载气的流量比为1:(0.5-3)，例如可以是1:0.5、1:1、1:1.5、1:2、1:2.5或1:3等。

18、作为本发明优选的技术方案，所述外延生长的方式为先通入氧源，再通入硅源。

19、优选地，所述外延生长的温度为650-850℃，例如可以是650℃、700℃、750℃800℃或850℃等。

20、本发明中，外延生长的温度过低，会降低氧化硅掩膜的生长速率，延长掩膜的生长时间，而当外延生长的温度过高时，容易造成局部分解速率过快，影响沉积的均匀性。

21、优选地，所述外延生长的温度的升温速率为8-12℃/min，例如可以是8℃/min、9℃/min、10℃/min、11℃/min或12℃/min等。

22、本发明中，温度的升温速率过快，会影响氧化硅掩膜的外延生长，导致管内温度均匀性变差，从而影响沉积的均匀性，而当温度的升温速率过慢，会增加工艺时间，增加成本。

23、优选地，所述外延生长的温度到达设定值后恒温3-7min，例如可以是3min、4min、5min、6min或7min等。

24、本发明中，在达到设定的反应温度后增加恒温时间，可以使得反应腔室内壁及腔室中间的温度趋于一致，保证炉管内的温度均匀性，有利于反应的更加充分。

25、优选地，所述外延生长的时间为8-12min，例如可以是8min、9min、10min、11min或12min等。

26、优选地，所述反应腔室的外壁温度为80-100℃，例如可以是80℃、85℃、90℃、95℃或100℃等。

27、作为优选的技术方案，所述外延生长后，对反应腔室进行低压吹扫。

28、优选地，所述低压吹扫使用的气体包括氮气、氩气或氦气中的任意一种或至少两种的组合。

29、优选地，所述低压吹扫使用的气体的流量为1000-2000sccm，例如可以是1000sccm、1200sccm、1400sccm、1600sccm、1800sccm或2000sccm等。

30、优选地，所述低压吹扫的压力为3-7pa，例如可以是3pa、4pa、5pa、6pa或7pa等。

31、优选地，所述低压吹扫的时间为8-12min，例如可以是8min、9min、10min、11min或12min等。

32、作为优选的技术方案，所述外延生长在基底上进行。

33、优选地，所述外延生长之前基底预先经过lpcvd原位掺杂、pecvd原位掺杂、磷扩散或硼扩散中的任意一种，优选磷扩散或硼扩散。

34、需要说明的是，磷扩散和硼扩散自身生长的psg和bsg掩膜主要取决于温度和时间，增加厚度需要提供高温和足够的时间，这个会导致石英件及密封件寿命的降低，同时增加了工艺时间也会对本身的电池掺杂浓度产生影响，不利于电池性能。本发明可在短时间内生成较厚的掩膜层，减少了工艺时间，不影响电池的性能参数，具有良好的工业化潜力。

35、作为优选的技术方案，所述生长方法包括以下步骤：

36、(1)在15-25pa的压力下，向反应腔室中通入500-1500sccm的氧源，并控制温度在650-850℃；

37、(2)检漏：漏率低于1.3pa/min；

38、(3)通入载气进入硅源瓶，然后携带50-100sccm的硅源进入反应腔室与氧源反应实现外延生长，其中硅源与氧源的流量比为1:(5-30)，硅源与载气的流量比为1:(0.5-3)，外延生长的时间为8-12min，反应腔室外壁的温度控制在80-100℃；

39、(4)在3-7pa的压力下向反应腔室通入1000-2000sccm的吹扫使用的气体，吹扫时间8-12min；

40、(5)通入氮气至常压，出舟。

41、第二方面，本发明提供一种掩膜层，所述掩膜层采用第一方面所述的生长方法得到。

42、所述掩膜层位于所述基底的表面。

43、其中，所述掩膜层的厚度为80-110nm，例如可以是80nm、85nm、90nm、95nm、100nm、105nm或110nm等。

44、第三方面，本发明提供一种硅基电池，所述硅基电池包括如第二方面所述的掩膜层。

45、本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

46、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

47、(1)本发明通过使用硅源和氧源在低压条件下进行外延生长，制得高质量氧化硅掩膜层，氧化硅掩膜层的生长速率快，可缩短工艺时间；

48、(2)本发明是外延生长沉积氧化硅掩膜层，不会与底部的结构产生反应，对钝化结构的性能可起到保护作用；

49、(3)本发明制备得到的氧化硅掩膜层可以在较低温度下快速分解，使得工艺温度大大降低，对钝化结构的性能也能起到保护作用。