一种氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法与流程

本发明涉及太阳能电池，尤其涉及一种氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法。

背景技术：

1、bc（背接触）电池、topcon（隧穿氧化层钝化接触）电池是当前高效晶硅电池的主流路线，核心关键层为1.0–2.0nm超薄隧穿氧化层（siox），其质量直接决定钝化效果、接触电阻率和载流子隧穿能力。

2、目前行业制备隧穿氧化层主要集中在lp低压热氧化、lpcvd、pecvd、常压热氧化等工艺，主流量产路线为lp干氧氧化（o2）或lp湿氧氧化（h2o）：

3、纯干氧氧化（o2）：氧化速率慢、可控性好，但界面si/sio2缺陷密度高、氧化层致密度不足、钝化效果一般、厚度均匀性在大尺寸硅片上偏差较大。

4、纯湿氧氧化（h2o）：氧化速率快、氧化层更致密、界面质量略好，但氧化速率难以精准控制、超薄1–2nm厚度窗口极窄、易出现局部过氧、漏电增大、重复性差，尤其在大尺寸（182/210）硅片上良率波动明显。

5、单一气氛一次氧化：无论干氧或湿氧，均难以同时兼顾超薄可控、界面低缺陷、高致密、高均匀性四大要求。干氧偏可控但界面差；湿氧偏致密但难控薄。两种气氛各自的优势无法结合，限制了隧穿氧化层质量进一步提升。

6、近年也出现了臭氧辅助分步氧化的技术方案，通过腔外低温臭氧预氧化形成初始薄层，再在lpcvd腔室内通入含臭氧的混合气体进行深度氧化。该方案虽可降低氧化温度，但存在明显量产短板：需额外配置臭氧发生、输送及尾气处理系统，设备改造成本高；腔外预氧化增加了硅片转运与暴露污染的风险；臭氧氧化活性过强，易导致硅片边缘与中心氧化速率不均，边缘过氧引发漏电升高，批次稳定性不足。

7、因此，需要研发出一种氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法来解决以上问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法，包括步骤：

4、s1、将硅片送入低压氧化炉，关闭腔室后抽真空至低压环境；

5、s2、将低压氧化炉内升温至氧化温度，保持温度与压力稳定，消除腔体温差；

6、s3、干氧成核打底段处理：通入纯o2，流量：50–500sccm；压力：1–20torr；时间：3–15min，在硅片表面温和氧化，初步形成超薄sio2初始干氧层；

7、s4、湿氧致密钝化段处理：切换气氛，停止通o2，通入h2o蒸汽，h2o分压：0.1–5torr；时间：2–10min，利用水分子在初始干氧层中扩散，对初始干氧层进行致密化修复，钝化界面悬挂键与缺陷，得到致密化氧化层；

8、s5、干氧匀化封层段处理：再次切换回纯o2气氛，流量：50–500sccm；压力：1–20torr；时间：2–10min，精细调控最终厚度，优化致密化氧化层表面平整度与整片厚度均匀性，稳定隧穿势垒高度，最终得到隧穿氧化层。

9、进一步地，氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法还包括步骤s6，poly-si沉积后，使用n2将炉管压力回升至常压后，温度降低至600℃，出舟卸片。

10、进一步地，步骤s1中，在硅片送入低压氧化炉前，将硅片经标准清洗、烘干。

11、优选地，步骤s2中，氧化温度为600–850℃。

12、进一步优选地，步骤s2中，氧化温度为700–800℃。

13、进一步地，步骤s4中，h2o蒸汽由载气n2携带。

14、优选地，步骤s3和s4交替重复进行2–5轮。

15、优选地，制备的隧穿氧化层厚度为1.0–2.0nm。

16、本发明的有益效果在于：

17、界面质量大幅提升，解决纯干氧氧化界面缺陷密度高的问题：通过干氧温和成核打底形成低损伤初始界面，再经湿氧扩散钝化修复界面悬挂键与缺陷，si/sio2界面态密度较纯干氧氧化显著降低，构建出低缺陷的内层界面基础，钝化性能得到本质改善。

18、氧化层综合性能协同优化，解决单一气氛无法兼顾可控性与致密度的问题：最终形成“低缺陷界面内层-高致密中层-高均匀外层”的三明治式叠层结构，同时融合干氧氧化厚度精准可控、湿氧氧化膜层高致密的双重优势；制备得到的1.0~2.0nm超薄隧穿氧化层，硅片内厚度偏差≤0.15nm，批间一致性优异，同时满足超薄可控、高致密度、高均匀性的核心要求。

19、电池电性能与转换效率显著提升，解决漏电高、开路电压偏低的问题：钝化效果增强直接带动电池开路电压提升2~5mv，反向漏电降低10~30%，载流子隧穿特性稳定可控；可实现bc/topcon电池量产转换效率提升0.1~0.3%。

20、良率与工艺稳定性全面改善，解决湿氧工艺良率波动大、工艺窗口窄的问题：整体工艺窗口较单一气氛氧化扩大30%以上，有效改善182/210大尺寸硅片的片内、片间厚度均匀性，避免局部过氧问题；量产良率提升0.5~1.5%，批次生产稳定性显著提高。

21、量产适配性强，解决臭氧辅助方案改造成本高、污染与一致性风险大的问题：全程无臭氧参与、无腔外预氧化工序，所有氧化步骤在同一低压腔室内完成，无需额外配置臭氧发生、输送及尾气处理系统，也消除了腔外转运带来的污染风险与硅片边缘过氧隐患；工艺可直接兼容现有量产lp氧化炉硬件，仅需修改工艺气体控制程序即可落地，设备改造成本低、落地周期短，无额外污染风险，量产兼容性优异。

1.一种氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的一种氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法，其特征在于，氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法还包括步骤s6，poly-si沉积后，使用n2将炉管压力回升至常压后，温度降低至600℃，出舟卸片。

3.根据权利要求1所述的一种氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法，其特征在于，步骤s1中，在硅片送入低压氧化炉前，将硅片经标准清洗、烘干。

4.根据权利要求1所述的一种氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法，其特征在于，步骤s2中，氧化温度为600–850℃。

5.根据权利要求4所述的一种氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法，其特征在于，步骤s2中，氧化温度为700–800℃。

6.根据权利要求1所述的一种氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法，其特征在于，步骤s4中，h2o蒸汽由载气n2携带。

7.根据权利要求1所述的一种氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法，其特征在于，步骤s3和s4交替重复进行2–5轮。

8.根据权利要求1所述的一种氧气与水蒸气交替氧化制备隧穿氧化层的方法，其特征在于，制备的隧穿氧化层厚度为1.0–2.0nm。