WO2023222033A1 - 一种基片处理设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基片处理设备和方法，设备集成热ALD处理单元和PECVD处理单元；热ALD处理单元包括：载气源、第一管路、第二管路、源瓶、氧源、第一流体阀、第二流体阀和设备腔体；设备腔体容纳基片并作为基片的反应场所；第一管路和第二管路均用于向腔体传输载气；载气源用于提供载气；氧源用于提供氧化剂；源瓶用于容纳化学源；当载气通入源瓶时，载气携带化学源进入设备腔体；第一流体阀用于控制化学源是否流经第一管路；第二流体阀用于控制氧化剂是否流经第二管路。用于在管式PECVD设备平台上对所述基片进行热原子层沉积，把氧化铝和氮化硅沉积工艺结合在一台设备中。

Description

一种基片处理设备和方法

交叉引用

本申请要求2022年5月19日提交的申请号为2022105472728的中国专利申请的优先权。上述申请的内容以引用方式被包含于此。

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种基片处理设备和方法。

技术背景

现有的管式等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)设备利用离子增强技术，可用来进行如图1所示的隧穿氧化层钝化接触(Tunnel Oxide Passivated Contact，TOPCon)电池各种膜层的沉积，如正面氧化铝和氮化硅叠层、背面氧化硅、多晶硅和氮化硅叠层。其中，氧化铝对正面硼扩发射极钝化起着至关重要的作用。针对工业量产化的氧化铝工艺而言，目前管式设备工艺都以离子增强工艺为主，但PECVD技术无法保证在正面制绒形貌上的薄膜保形性，氧化铝沉积存在不均匀的问题。同时等离子体(plasma)技术也会对钝化表面造成一些轰击损伤从而无法达到最佳的钝化效果。因此，亟需一种基片处理设备和方法以改善上述问题。

发明概要

本发明的目的在于提供一种基片处理设备和方法，在管式PECVD设备平台上对所述基片进行热原子层沉积，把氧化铝和氮化硅沉积工 艺结合在一台设备中。

第一方面，本发明提供一种基片处理设备，所述设备集成热ALD处理单元和PECVD处理单元；所述热ALD处理单元包括：载气源、第一管路、第二管路、源瓶、氧源、第一流体阀、第二流体阀和设备腔体；所述设备腔体容纳基片并作为所述基片的反应场所；所述第一管路和所述第二管路均用于向所述腔体传输载气；所述载气源用于提供所述载气；所述氧源用于提供氧化剂；所述源瓶用于容纳化学源；当所述载气通入所述源瓶时，所述载气携带所述化学源进入所述设备腔体；所述第一流体阀用于控制所述化学源是否流经所述第一管路；所述第二流体阀用于控制所述氧化剂是否流经所述第二管路。

本发明的基片处理设备的有益效果为：分别通过所述若干第一管路和所述若干第二管路均匀地向所述设备腔体传输化学源和氧化剂，解决了沉积氧化铝均匀性的问题；所述第一流体阀用于控制所述源瓶与所述第一管路连通；所述第二流体阀用于控制所述臭氧发生器与所述第二管路连通。达成了在管式PECVD设备平台对所述基片进行热原子层沉积的工艺条件，通过热原子层沉积提升基片表面制绒形貌上的薄膜保形性，同时，避免了钝化表面损伤，有利于达到最佳的钝化效果。

另外，本发明通过对管路的设置，使在整个ALD工艺期间，通入腔室内的气体从腔室门端射入真空环境内部，并由相对的一端流出，其中气体流出端下游设置有内部进入腔体的泵，气体流量稳定，从而使工艺气流流场为稳定的平流，能够使工艺可控提高膜层的质量从而 提高产品的质量。

可选的，所述第一处理单元为热ALD处理单元，所述热ALD处理单元至少一路气体以脉冲方式通入设备腔体；所述第二处理单元为PECVD处理单元，所述PECVD处理单元的气体以非脉冲方式通入同一设备腔体。

可选的，所述PECVD处理单元与所述热ALD处理单元共用所述载气源和所述设备腔体。

可选的，所述管式设备的真空工艺部分为热壁的石英管，其中加热器为不小于4个温度设定区间的加热丝或加热板组合用以控制热壁温度。

可选的，所述PECVD处理单元与所述热ALD处理单元共用所述载气源、所述源瓶和所述设备腔体。

可选的，所述氧源是气态氧源或有活性的等离子体氧化物。

可选的，所述多条反应管路独立地向腔体内提供工艺所需的气体。

可选的，所述载气源具有转换阀，所述转换阀用于选择向所述第一管路或所述第二管路提供相同流量的载气。

可选的，所述气态氧源通过第三管路连通至第二管路，在所述第三管路中设置有流量计，所述流量计探测所述第三管路中的气体流量；所述第二管路上靠近载气源处设置排气管路，所述排气管路包括流量控制器，所述流量控制器控制排气管路从第二管路中排出气体，排出气体的流量与所述流量计测得的气体流量相同。

可选的，所述氧源至少包括两种不同成分的氧化剂，分别与所述第二管路连通。

可选的，所述氧源选择性连接至少两种不同成分的氧化剂中的一种。

可选的，至少一种氧源是臭氧发生器，至少一种氧源是氧源瓶。

可选的，所述臭氧发生器连接有第三管路，所述第三管路与第二管路连通，在所述第三管路中设置有流量计，所述流量计探测所述第三管路中的气体流量；所述第二管路上靠近载气源处设置排气管路，所述排气管路包括流量控制器，所述流量控制器控制排气管路从第二管路中排出气体，排出气体的流量与所述流量计测得的气体流量相同。

可选的，所述源瓶和所述第一管路为并列设置；所述载气流经所述源瓶和所述第一管路中的至少一者。

可选的，所述源瓶设有调节部，用于调节进入所述源瓶的气体流量；当所述载气同时流经所述源瓶和所述第一管路时，所述调节部用于调节向源瓶分配气体流量的比例。

可选的，所述载气源具有转换阀，所述转换阀用于选择向所述第一管路或所述第二管路提供相同流量的载气。

可选的，所述设备腔体设有炉口法兰；所述第一管路和所述第二管路均与所述炉口法兰连接；所述炉口法兰设有若干气道，气体沿所述气道与炉管轴向垂直射入腔体，每条所述气道分别用于将所述设备腔体与所述第一管路或所述第二管路连通。

可选的，所述设备还包括臭氧破坏器；所述臭氧破坏器用于处理所述臭氧发生器产生的多余臭氧；所述臭氧发生器连接有第三管路和第四管路；所述第三管路与所述第二流体阀连接，所述第四管路与所述臭氧破坏器连接。

可选的，各管路均经过防氧化处理。

可选的，所述防氧化处理包括进行氧化铝镀层。

可选的，所述臭氧发生器连接有氧气源和氮气源；所述氮气源用于控制所述臭氧发生器生产的臭氧浓度；所述臭氧浓度设置为[16，20]wt％。

可选的，所述设备还包括真空泵；所述真空泵用于抽出所述反应腔的气体。

可选的，所述设备还包括尾气处理器；所述尾气处理器用于处理从所述反应腔抽出的气体；所述尾气处理器还用于处理所述臭氧破坏器排出的气体。

可选的，所述设备腔体设有加热器，所述加热器用于控制所述设备腔体的反应温度。

可选的，所述设备腔体还设有辅热管，所述辅热管用于加热，以使所述设备腔体快速的升温。

可选的，根据权利要求1所述的设备，所述PECVD处理单元与所述热ALD处理单元共用所述载气源和所述源瓶。

可选的，所述反应腔内设有石墨舟；所述石墨舟的数量为N，N为正整数；所述石墨舟用于承载所述基片；所述石墨舟承载的基片数量为M，M为正整数。

第二方面，本发明提供一种基片处理方法，采用所述第一方面任一项所述的设备，对基片在同一腔室内进行热ALD和PECVD处理，所述热ALD处理包括：所述载气源工作时，持续通过所述第一管路和所述第二管路向所述设备腔体传输载气；进行第一反应步骤，包括：所述第一流体阀开启t1时长后关闭t2时长；在所述第一流体阀开启时，所述载气携带所述化学源通过所述第一管路进入所述设备腔体；在所述第一流体阀关闭时，所述载气源向所述设备腔体吹扫所述载气；进行第二反应步骤，包括：所述第二流体阀开启t3时长后关闭t4时长；在所述第二流体阀开启时，所述臭氧发生器通过所述第二管路向所述设备腔体输送臭氧；在所述第二流体阀关闭时，所述载气源向所述设备腔体吹扫所述载气；所述第一反应步骤和所述第二反应步骤交替进行若干次后停止反应。

可选的，当所述基片进入所述设备腔体时，加热器对所述基片加热；所述载气源向所述设备腔体充入所述载气，进行保压测试；真空泵将所述设备腔体中的气体抽出。所述载气源通过转换阀经所述第一管路或所述第二管路向腔体持续通入相同流量载气。本实施例能够确保从第二管路通入设备腔体的气体流量与从第一管路通入设备腔体的气体流量相同。

可选的，所述臭氧发生器保持开启状态，所述臭氧发生器产生的 多余的臭氧通过所述臭氧破坏器进行处理。

可选的，所述臭氧发生器保持开启状态，通过第三管路向第二管路提供气体时，通过所述第二管路上靠近载气源处设置的排气管路，将第二管路中的载气向外排出，排出气体的流量与第三管路中气体流量相同。

可选的，真空泵从所述设备腔体抽出的气体通入尾气处理器；所述臭氧破坏器排出的气体通入尾气处理器。

可选的，当所述基片在所述设备腔体完成热ALD工艺结束之后，所述基片在所述设备腔体继续进行PECVD工艺。

可选的，所述化学源包括三甲基铝；所述基片表面具有一层羟基，满足以下化学反应式：
nsurf-OH+Al(CH₃)₃→surf-O-Al(CH₃)_3-n+nCH₄

其中，n取1或2。

可选的，所述第一反应步骤满足以下化学反应式：
nsurf-AlOH+Al(CH₃)₃→surf-(nAl)-O-Al(CH₃)_3-n+nCH₄

其中，n取1或2；所述第二反应步骤满足以下化学反应式：
(3-n)surf-AlCH₃+(3-n)O₃→(3-n)surf-AlCH₂OH+(3-n)O₂

其中，n取1或2；所述第二反应步骤的产物满足以下化学反应式：
2surf-AlCH₂OH→2surf-AlOH+C₂H₄.

通过设置的所述第一反应步骤和所述第二反应步骤，在管式平台上首次实现了热ALD工艺，从而在所述设备腔体以脉冲方式形成第一沉积层如氧化铝、氧化硅，氧化镓、氧化钛或其他氧化物；之后在所述同一设备腔体内以非脉冲方式形成与第一沉积层不同的第二沉积层，如氮化硅，如此能够避免现有技术采用等离子体直接对硅基表面轰击造成的缺陷。本申请在管式平台上首次实现了热ALD工艺，较于传统的PEALD工艺也相对简单，只需要通过控制温度、氧源和TMA源的通入流量、通入时间、浓度即可进行工艺调整。另外，通过管路的设置，实现了不同氧源的可选择性，同时还保证了在进行气体通入时，进入腔体的气流流量不发生变化，从而保证工艺稳定。

附图说明

图1为现有技术的TOPCon电池各种膜层的沉积结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基片处理设备的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第一种设备腔体的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的第二种设备腔体的侧视图；

图5为本发明实施例提供的另一种基片处理设备的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种基片处理方法的流程示意图；

图7为本发明提供的一种基片区域划分示意图；

图8为本发明实施例提供的一种基片的少子寿命的箱型图；

图9为本发明实施例提供的一种基片的隐性开路电压的箱型图。

图中标号：
201、设备腔体；202、载气源；203、臭氧发生器；204、源瓶；
205、第一管路；206、第二管路；207、臭氧破坏器；208、真空泵；209、尾气处理器；210、第一流体阀；211、第二流体阀；212、氧气源；213、氮气源；214、第三管路；215、第四管路；216、加热器；220、气道；221、第一气道；222、第二气道；230、炉口法兰；240、氧源瓶；
301、吹扫氮气源；302、硅烷源；303、电极。

发明内容

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

图1为现有技术的TOPCon电池各种膜层的沉积结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种基片处理设备的结构示意图。

针对现有技术存在的问题，如图2所示，本发明提供一种基片处 理设备，所述设备用于在管式PECVD设备平台对所述基片进行热原子层沉积。所述设备包括：载气源202、第一管路205、第二管路206、源瓶204、臭氧发生器203、第一流体阀210、第二流体阀211和设备腔体201。所述设备腔体201用于容纳基片并作为所述基片的反应场所。所述第一管路205和所述第二管路206均用于向所述设备腔体201传输载气。所述载气源202用于提供所述载气。所述载气用于吹扫所述设备腔体201。所述臭氧发生器203用于提供臭氧。所述源瓶204用于容纳化学源。当所述载气通入所述源瓶204时，所述载气携带所述化学源进入所述设备腔体201。所述第一流体阀210用于控制所述源瓶204与所述第一管路205连通。所述第二流体阀211用于控制所述臭氧发生器203与所述第二管路206连通。

在另一些实施例中，所述设备还包括氧源瓶240；所述氧源瓶240用于盛装纯净水。所述氧源瓶240通过所述第二流体阀211连通所述第二管路206。当所述氧源瓶240连接的第二流体阀211均开启时，载气进入所述氧源瓶240，所述氧源瓶240内的纯净水通过所述第二管路206进入设备腔体201参与反应。

另外，氧源瓶240以及臭氧发生器203可以同时设置在第二管路上，通过阀的设置实现对氧源的选择，可以选择水作为氧源，也可以选择臭氧作为氧源。即氧源至少包括两种不同成分的氧化剂，分别与第二管路连通，至少一种氧源是臭氧发生器，至少一种氧源是氧源瓶。通过阀进行选择可以进一步地选择在每一个半反应中选择氧源。

图3为本发明实施例提供的第一种设备腔体的结构示意图。

如图3所示，在一些实施例中，所述设备腔体201连接有炉口法兰230。所述炉口法兰230设有若干气道220。所述第一管路205和所述第二管路206均与所述炉口法兰230连接。所述第一管路205和所述第二管路206均通过所述若干气道220连通设备腔体201。

图4为本发明实施例提供的第二种设备腔体的侧视图。

如图4所示，在一些具体实施例中，所述设备设有若干第一气道221和若干第二气道222，所述若干第一气道221和若干第二气道222均呈环形分布设置在所述设备腔体201的一侧；所述第一气道221连接所述第一管路205；所述第二气道222连接所述第二管路206。该设计避免了化学源与氧化物在所述第一管路205或所述第二管路206和法兰处提早混合以及相关的安全问题。所述气道环形分布有助于气体均匀地进入腔体，避免局部气体浓度过高，使得沉积反应更均匀。解决了PEALD工艺沉积氧化铝均匀性的问题。所述氧化物可以是臭氧、氧气或水。所述化学源可以是铝源、镓源、钛源和硅源中的一种或若干种。

在一些具体实施例中，所述载气源202用于提供惰性气体或氮气作为不参与沉积反应的携源和吹扫气体，所述第一流体阀210和第二流体阀211设置为气动阀。所述设备腔体201设置为石英管。所述设备腔体201设有两个气体入口，分别连接第一管路205和第二管路206。所述源瓶204位于所述第一管路205的一侧，所述源瓶204设置有入口和出口，所述源瓶204的入口和出口均分别通过两个第一流体阀210与所述第一管路205相连通。

值得说明的是，在一些实施例中，当所述两个第一流体阀210均开启时，所述载气流经源瓶204，所述载气携带化学源进入所述设备腔体201，所述化学源包括铝源、镓源、钛源和硅源中的一种或若干种。所述铝源包括三甲基铝。当所述两个第一流体阀210均关闭时，载气直接通过所述第一管路205进入所述设备腔体201。第二流体阀211设置于第二管路206的一侧，所述当所述第二流体阀211开启时，所述臭氧发生器203产生的臭氧通过所述第二管路206流向所述设备腔体201。本发明提供的基片处理设备能够适用于于氧化铝、氧化镓、氧化硅、氧化钛等氧化物的热原子沉积，便于根据需求选择反应前驱体或化学源。

在另一些实施例中，所述载气源202还可以用于提供非反应性气体，所述第一流体阀210和第二流体阀211设置为电磁阀或任意其他种类的阀门。所述设备腔体201可以由其他材料制成任意立体空间结构。所述设备腔体201可以设置两个以上的气体入口。所述源瓶204可以设置在所述第一管路205的任意位置。

在一些实施例中，载气源可以具有转换阀，所述转换阀用于选择向所述第一管路或所述第二管路提供相同流量的载气，该转换阀可以直接将通入第一管路的载气直接切换为向第二管路通入相同流量的载气，也可以在逐渐降低第一管路通入气体的流量的同时增加向第二管路通入气体的流量，第一管路降低的流量与第二管路增加的流量相同，使通过第一管路和第二管路进入腔体的气流流量总量相同，具体的方式可以是三通结构，一个入口为载气源，一个出口设置控制阀连 接第一管路，另外一个出口设置控制阀连接第二管路，当然本申请并不作具体限制，任何能够实现前述的功能的结构都可以应用。

在一些实施例中，所述设备还包括臭氧破坏器207。所述臭氧破坏器207用于处理所述臭氧发生器203产生的多余臭氧。其有益效果为使臭氧发生器能保持常开和气流长通，从而使供给出的臭氧流量和浓度保持一个稳定的状态，同时避免多余高浓度的臭氧对设备和操作人员造成安全问题。

在一些实施例中，所述臭氧发生器203连接有第三管路214和第四管路215。所述第三管路214与所述第二流体阀211连接，所述第四管路215与所述臭氧破坏器207连接。所述第二管路206、所述第三管路214和所述第四管路215均经过防氧化处理。

在一些实施例中，所述臭氧发生器连接有第三管路214，所述第三管路214与第二管路206连通，在所述第三管路214中设置有流量计(未图示)，所述流量计探测所述第三管路中的气体流量；所述第二管路上靠近载气源处设置排气管路，在靠近载气源位置设置，在开启时能够避免第三管路中流入第二管道的气体被排出，所述排气管路包括流量控制器，所述流量控制器控制排气管路的流量与所述流量计测得的气体流量相同。当第三管路的气体的流量与排出气体的流量相同时，使得流入腔室的气体流量不发生变化。

在通过源瓶进行反应气体引入时，载气通入源瓶前后的流量差比较小，可以不设置额外排气的结构，当然，载气通入源瓶前后的流量 差比较大时，在第一管路上也设置相应的结构，通过排出一部分气体实现流量相同，在第二管路通入氧源采用源瓶时，如果出现通入源瓶前后流量差过大，则可以采用第二管路的气体排出管路实现流量差的调控，最终使得进入腔室的气体流量保持恒定。

另外，再结合载气源具有转换阀，所述转换阀用于选择向所述第一管路或所述第二管路提供相同流量的载气，使得在进行ALD反应时，半反应以及半反应之间的吹扫过程通入的气体流量都是相同的，降低了不同过程衔接中气压、流场的变化，从而使整个ALD过程中保持恒定的气压、气体流量，使反应过程均衡保证了成膜质量和最终电池片的性能稳定。

在一些具体实施例中，所述防氧化处理包括进行氧化铝镀层。

在另一些具体实施例中，所述防氧化处理包括进行氧化硅镀层。

在又一些实施例中，所述防氧化处理可以是进行其他任意抗氧化材质的镀层。

在一些实施例中，所述臭氧发生器203连接有氧气源212和氮气源213。所述氮气源213用于调整所述臭氧发生器203生产的臭氧浓度。所述臭氧浓度设置为[16，20]wt％。

在另一些实施例中，所述臭氧发生器203可以连接有氧气源212和惰性气体源。

在一些实施例中，所述设备还包括真空泵208。所述真空泵208用于抽出所述设备腔体201的气体。

在另一些实施例中，所述真空泵208可以设置为抽气泵或其他负压设备。

在一些实施例中，所述设备还包括尾气处理器209。所述尾气处理器209用于处理从所述设备腔体201抽出的气体。所述尾气处理器209还用于处理所述臭氧破坏器207排出的气体。

在一些实施例中，所述设备腔体201设有加热器216，所述加热器216用于控制所述设备腔体201的反应温度。

在另一些实施例中，所述设备腔体201还设有辅热管(图中未示出)，所述辅热管(图中未示出)用于加热，使所述设备腔体201能快速的升温到氮化硅工艺的需求，所述辅热管在炉管内侧顶部。在所述设备腔体201完成氧化铝工艺后，打开所述辅热管(图中未示出)让所述设备腔体201更快升温，从而尽可能缩短升温时间用来提升加工效率。

在一些具体实施例中，所述加热器216可调节的温度范围为常温到530摄氏度。值得说明的是，所述加热器216具体设置为加热丝和温度检测器；所述加热丝呈环绕状设置于所述设备腔体201外侧，所述加热丝产生的热量通过所述设备腔体201传导向所述石墨舟中的基片；所述温度检测器具有内偶端、外偶端和电气端；所述内偶端设于所述设备腔体201内，用于感知所述石墨舟的温度；所述外偶端设于所述设备腔体201外，用于感知所述加热丝的温度；通过电气端控制所述加热丝的温度，用于保持所述设备腔体201的温度。

在另一些实施例中，所述加热器216也可以设置为任意形式，只要能使基片达到所需的加热温度与持续的温度控制的效果即可。

在一些实施例中，所述设备腔体201内设有石墨舟。所述石墨舟的数量为N，N为正整数。所述石墨舟用于承载所述基片。所述石墨舟承载的基片数量为M，M为正整数。

图5为本发明实施例提供的另一种基片处理设备的结构示意图。

值得说明的是，在另一些实施例中，如图5所示，所述设备还用于在所述设备腔体201内进行管式等离子体增强化学气相沉积工艺。所述设备腔体201内设置有303，所述设备腔体201通过一根管路连接吹扫氮气源301、氮气源213和硅烷源302，所述氮气源213和硅烷源302在一根管路中混合向所述设备腔体201传输，在303通电施加的电场作用下实现管式等离子体增强化学气相沉积。所述吹扫氮气源301用于在等离子体增强化学气相沉积反应结束时吹扫设备腔体201。

在又一些实施例中，所述设备亦能进行PECVD的氮化硅工艺，硅烷和氨气从所述第一管路205进入所述设备腔体201，氮气源301通过所述第二管路206向所述设备腔体201通入氮气。该方法避免前道氧化铝工艺后残留在设备腔体的氧化物与硅烷反应产生错误产物的问题，也避免了单一进气口需要长时间吹扫而导致的工艺时间变长。

根据本发明的另一个方面提供一种基片处理设备，所述设备集成第一处理单元和第二处理单元；第一处理单元包括：载气源、第一管路、 第二管路、源瓶、氧源、第一流体阀、第二流体阀和设备腔体；

所述设备腔体容纳基片并作为所述基片的反应场所；

所述第一管路和所述第二管路均用于向所述腔体传输载气；

所述载气源用于提供所述载气；

所述氧源用于提供氧化剂；

所述源瓶用于容纳化学源；当所述载气通入所述源瓶时，所述载气携带所述化学源进入所述设备腔体；

所述第一流体阀用于控制所述化学源是否流经所述第一管路；

所述第二流体阀用于控制所述氧化剂是否流经所述第二管路；

其中，所述第一处理单元与所述第二处理单元至少共用载气源和设备腔体。

本发明通过对管路的设置，使在整个ALD工艺期间，通入腔室内的气体从腔室门端射入真空环境内部，并由相对的一端流出，其中气体流出端下游设置有内部进入腔体的泵，气体流量稳定，从而使工艺气流流场为稳定的平流，能够使工艺可控提高膜层的质量从而提高产品的质量。

在进一步的方案中，所述第一处理单元为热ALD处理单元，所述热ALD处理单元至少一路气体以脉冲方式通入设备腔体；所述第二处理单元为PECVD处理单元，所述PECVD处理单元的气体以非脉冲方式通入同一设备腔体。

在进一步的方案中，所述PECVD处理单元与所述热ALD处理单元共用所述载气源和所述设备腔体。

在进一步的方案中，所述管式设备的真空工艺部分为热壁的石英管，其中加热器为不小于4个温度设定区间的加热丝或加热板组合。

在进一步的方案中，所述PECVD处理单元与所述热ALD处理单元共用所述载气源、所述源瓶和所述设备腔体。

在进一步的方案中，所述氧源是气态氧源或有活性的等离子体氧化物。

在进一步的方案中，所述多条反应管路独立地向腔体内提供工艺所需的气体。

需要注意的是，以上进一步的方案作为可选的特征集合，可以任意进行组合，均在本发明主张的保护范围内。

在本发明的第一个实施方案中，所述载气源具有转换阀，所述转换阀用于选择向所述第一管路或所述第二管路提供相同流量的载气，也就是所述载气源通过转换阀经所述第一管路和所述第二管路交替向同一管式腔体持续通入相同流量载气，如此可以使得气体可以稳定输出，从而使得第一沉积层如氧化铝，以脉冲方式进行沉积时可以形成均匀地沉积层。

在本发明的第二个实施方案中，所述载气源具有转换阀，所述转换阀用于选择向所述第一管路或所述第二管路提供相同流量的载气，也就是所述载气源通过转换阀经所述第一管路和所述第二管路交替 向同一管式腔体持续通入相同流量载气；当所述载气源通过转换阀经所述第二管路向管式腔体通入载气时，所述气态氧源(例如臭氧发生器)通过第三管路连通至第二管路，在所述第三管路中设置有流量计，所述流量计探测所述第三管路中的气体流量；所述第二管路上靠近载气源处设置排气管路，所述排气管路包括流量控制器，所述流量控制器控制排气管路从第二管路中排出气体，排出气体的流量与所述流量计测得的气体流量相同。本实施例能够确保从第二管路通入管式腔体的流量不变，这样也可以达到通过第一管路和第二管路交替向同一管式腔体通入相同流量的气体，使得后续第一半反应步骤和第二半反应步骤交替时可以使得气体稳定输出，从而使得第一沉积层如氧化铝，以此脉冲方式进行沉积时可以形成均匀地沉积层。

在本发明的第一个实施例中，所述第一处理单元为热原子层沉积处理单元(也就是，热ALD处理单元)，所述热原子层沉积处理单元至少一路气体以脉冲方式通入所述设备腔体，以在所述基片上形成第一沉积层；所述第二处理单元为等离子体增强化学气相沉积单元(也就是，PECVD处理单元)，所述等离子体增强化学气相沉积单元的气体以非脉冲方式通入同一设备腔体，以在所述基片上进一步形成与第一沉积层不同的第二沉积层。

在本发明的第二个实施例中，所述基片处理设备具有管式腔体，所述第一处理单元为热原子层沉积处理单元(也就是，热ALD处理单元)，所述热原子层沉积处理单元至少一路气体以脉冲方式通入所述管式腔体，以在所述基片上形成第一沉积层；所述第二处理单元为等 离子体增强化学气相沉积单元(也就是，PECVD处理单元)，所述等离子体增强化学气相沉积单元的气体以非脉冲方式通入同一管式腔体，以在所述基片上进一步形成与第一沉积层不同的第二沉积层。

这里，需要注意的是，本专利申请采用的热ALD处理不同于PEALD处理,PEALD处理复杂，这是因为PEALD处理有等离子反应的控制，控制过程复杂。

其中，所述氧源，较佳为气态氧源。

由于在同一设备腔体形成第一沉积层和第二沉积层，所述第二沉积层由所述等离子体增强化学气相沉积单元以非脉冲方式形成，而所述第一沉积层由所述热原子层沉积处理单元以脉冲方式通入所述设备腔体形成，第一沉积层往往不能均匀地沉积在所述基片上，这严重影响芯片基片的成型质量，经常出现不合格产品。

为了使得由所述热原子层沉积处理单元以脉冲方式通入所述管式腔体形成的第一沉积层能均匀地沉积在所述基片上，本发明提供下述几种实施方案，如下：

在本发明的一个实施例中，所述载气源具有转换阀，所述转换阀用于选择向所述第一管路或所述第二管路提供相同流量的载气，本实施例能够确保从第二管路通入设备腔体的气体流量与从第一管路通入管式腔体的气体流量相同，使得第二管路中排出气体的流量与第一管路中气体流量相同，如此可以使得气体可以稳定输出，从而使得第一沉积层如氧化铝，以脉冲方式进行沉积时可以形成均匀地沉积层。

进一步地，所述载气源具有转换阀，所述转换阀用于选择向所述第一管路或所述第二管路提供相同流量的载气，也就是所述载气源通过转换阀经所述第一管路和所述第二管路交替向同一管式腔体持续通入相同流量载气；当所述气态氧源(例如臭氧发生器)通过第三管路连通至第二管路，在所述第三管路中设置有流量计，所述流量计用于探测所述第三管路中的气体流量；在所述第二管路上靠近载气源处设置排气管路，所述排气管路包括流量控制器，所述流量控制器控制排气管路从第二管路中排出气体，使得第二管路中排出气体的流量与所述第三管路中流量计测得的气体流量相同，本实施例能够确保从第二管路通入管式腔体的流量不变，这样也可以达到通过第一管路和第二管路交替向同一管式腔体通入相同流量的气体，使得第一半反应步骤和第二半反应步骤交替时可以使得气体稳定输出，从而使得第一沉积层如氧化铝，以此脉冲方式进行沉积时可以形成均匀地沉积层。

图6为本发明实施例提供的一种基片处理方法的流程示意图。

基于上述基片处理设备，本发明提供一种基片处理方法，用于上述任一项所述的设备，如图6所示，所述方法包括：

S401，所述载气源202工作时，持续通过所述第一管路205和所述第二管路206向所述设备腔体201传输载气。

在一些实施例中，当所述基片进入所述设备腔体201时，加热器216对腔体进行加热，通过热传导对所述基片加热。所述载气源202向所述设备腔体201充入所述载气，进行保压测试。真空泵208将所 述设备腔体201中的气体抽出。所述载气源通过转换阀经所述第一管路或所述第二管路向腔体持续通入相同流量载气。如此，本实施例能够确保从第二管路206通入设备腔体201的气体流量与从第一管路205通入设备腔体201的气体流量相同。

在一些具体实施例中，所述加热器216对所述基片加热的持续时间为5至10分钟，所述加热的持续时间取决于石墨舟状态和腔体加热的状态。所述保压测试内容包括，所述设备腔体201满足15s不超过3Pa压力变化。

S402，进行第一反应步骤，包括：所述第一流体阀210开启t1时长后关闭t2时长。在所述第一流体阀210开启时，所述载气携带所述化学源通过所述第一管路205进入所述设备腔体201。在所述第一流体阀210关闭时，所述载气源202向所述设备腔体201吹扫所述载气。

S403，进行第二反应步骤，包括：所述第二流体阀211开启t3时长后关闭t4时长。在所述第二流体阀211开启时，所述臭氧发生器203通过所述第二管路206向所述设备腔体201输送臭氧。在所述第二流体阀211关闭时，所述载气源202向所述设备腔体201吹扫所述载气。

S404，所述第一反应步骤和所述第二反应步骤交替进行若干次后停止反应。

值得说明的是，通过持所述第一反应步骤和所述第二反应步骤交 替进行，实现热原子层沉积。提升基片表面制绒形貌上的薄膜保形性，同时，避免了钝化表面损伤，有利于达到最佳的钝化效果。

在一些实施例中，当停止反应后用载气吹扫管路和腔体，真空泵208停止抽气。破真空后，所述石墨舟移出所述设备腔体201。

在一些实施例中，所述臭氧发生器203保持常开，所述臭氧发生器203产生的多余的臭氧通过所述臭氧破坏器207进行处理。通过第三管路向第二管路提供气体时，通过所述第二管路上靠近载气源处设置的排气管路，将第二管路中的载气向外排出，排出气体的流量与第三管路中气体流量相同。

第二流体阀211开启时，所述臭氧发生器203产生的臭氧通过第三管路214进入第二管路206，最终进入所述设备腔体201。第二流体阀211关闭时，所述臭氧发生器203产生的臭氧通过第四管路215进入所述臭氧破坏器207，所述臭氧破坏器207将大部分所述臭氧破坏，小部分所述臭氧进入所述尾气处理器209完全反应，避免所述臭氧污染环境。

在一些实施例中，真空泵208从所述设备腔体201抽出的气体通入尾气处理器209。所述臭氧破坏器207排出的气体通入尾气处理器209。

在一些实施例中，所述化学源包括三甲基铝。所述基片表面具有一层羟基，满足以下化学反应式：
nsurf-OH+Al(CH₃)₃→surf-O-Al(CH₃)_3-n+nCH₄

其中，n取1或2。

在一些实施例中，所述第一反应步骤满足以下化学反应式：
nsurf-AlOH+Al(CH₃)₃→surf-(nAl)-O-Al(CH₃)_3-n+nCH₄

其中，n取1或2。所述第二反应步骤满足以下化学反应式：
(3-n)surf-AlCH₃+(3-n)O₃→(3-n)surf-AlCH₂OH+(3-n)O₂

其中，n取1或2。所述第二反应步骤的产物满足以下化学反应式：
2surf-AlCH₂OH→2surf-AlOH+C₂H₄.

值得说明的是，所述第二反应步骤的反应物中的臭氧可被部分或全部替换为纯净水。此时获得的生成物仍包括surf-AlOH，不影响所述第一反应步骤和所述第二反应步骤交替进行。

在一些实施例中，当所述基片在所述设备腔体完成热ALD工艺结束之后，所述基片在所述设备腔体继续进行PECVD工艺。

值得说明的是，所述PECVD处理单元与所述热ALD处理单元共用所述载气源和所述源瓶。

在一些具体实施例中，所述基片处理方法采用的参数如表一所示，所述设备腔体201在T1-T6时刻的温度均设置为200摄氏度。载气源202采用氩气，流量值为2500标准毫升每分钟。臭氧流量值为3000标准毫升每分钟，浓度设置为18.5wt％。化学源采用三甲基铝(TriMethylAluminum，TMA)。所述第一流体阀210开启5秒后关闭 7秒。所述第二流体阀211开启7秒后关闭8秒。上述共计27秒的操作为一个循环(cycle)。

在一些具体实施例中，设置为8个所述石墨舟A-H。每个石墨舟装载有56个基片，每个基片在石墨舟中具有唯一的位置(Location)。所述循环进行500次后，使用椭圆偏振仪对所述基片测试点进行厚度测试。

在另一些实施例中，所述温度可以设置为[130，250]摄氏度之中的任意温度，载气源202采用惰性气体或其他非反应性气体，流量值可以为任意正数。臭氧流量值和浓度可以设置为任意正数。所述第一流体阀210和第二流体阀211开启与关闭时间均可以设置为任意正数。所述石墨舟数量可以设置为任意正整数。所述循环可以进行任意正整数次。

根据本发明的另一个方面提供一种基片处理方法，，通过该处理方法能够在热ALD进行的过程中，保持腔体内的气体流量不变，从而实现热ALD处理薄膜的均匀性，即本实施例的基片处理方法采用本发明的基片处理设备，对基片在同一管式腔体内进行热原子层沉积处理 (也就是，热ALD处理)和等离子体增强化学气相沉积处理(也就是，PECVD处理)，所述热原子层沉积处理包括：

所述载气源工作时，持续通过所述第一管路和所述第二管路向所述设备腔体传输载气；

进行第一半反应步骤，包括：第一流体阀开启t1时长后关闭t2时长；

在所述第一流体阀开启时，所述载气携带所述化学源通过所述第一管路进入所述设备腔体；

在所述第一流体阀关闭时，所述载气源向所述设备腔体吹扫所述载气；

进行第二半反应步骤，包括：第二流体阀开启t3时长后关闭t4时长；

在所述第二流体阀开启时，臭氧发生器通过所述第二管路向所述设备腔体输送臭氧；

在所述第二流体阀关闭时，所述载气源向所述设备腔体吹扫所述载气；

所述第一反应步骤和所述第二反应步骤交替进行若干次后停止反应。

其中，当所述基片在所述管式腔体内完成热ALD工艺结束之后，所述基片在所述同一管式腔体内继续进行PECVD工艺。

这样，基于所述热原子层沉积处理可以在所述管式腔体内以脉冲方式形成第一沉积层如氧化铝、氧化硅，氧化镓、氧化钛或其他氧化物；之后在所述同一管式腔体内以所述离子体增强化学气相沉积处理即以非脉冲方式形成与第一沉积层不同的第二沉积层，如氮化硅。

由于在同一管式腔体形成第一沉积层和第二沉积层，所述第二沉积层由所述等离子体增强化学气相沉积单元以非脉冲方式通入所述管式腔体形成，而所述第一沉积层由所述热原子层沉积处理单元以脉冲方式通入所述同一管式腔体形成，第一沉积层往往不能均匀地沉积在所述基片上，这严重影响芯片基片的成型质量，经常出现不合格产品。

为了使得由所述热原子层沉积处理单元以脉冲方式通入所述管式腔体形成的第一沉积层能均匀地沉积在所述基片上，本发明提供下述几种实施方案，如下：

在本发明的第一个实施方案中，当所述基片进入所述管式腔体时，加热器对所述基片加热；所述载气源向所述管式腔体充入所述载气，进行保压测试，真空泵将所述管式腔体中的气体抽出。其中，所述载气源通过转换阀经所述第一管路和所述第二管路交替向管式腔体通入相同流量载气。本实施例能够确保从第二管路通入设备腔体的载气流量与从第一管路通入设备腔体的载气流量相同，使得第二管路中排出载气的流量与第一管路中载气流量相同，这样通过第一管路和第二管路交替向管式腔体通入相同流量的载气，使得第一半反应步骤和第二半反应步骤交替时可以使得载气稳定输出，从而使得第一沉积层如 氧化铝，以此脉冲方式进行沉积时可以形成均匀地沉积层。

在本发明的第二个实施方案中，当所述基片进入所述管式腔体时，加热器对所述基片加热；通过所述载气源向所述管式腔体充入所述载气，进行保压测试，真空泵将所述管式腔体中的气体抽出，其中所述载气源通过转换阀经所述第一管路和所述第二管路交替向同一管式腔体持续通入相同流量载气；当所述载气源通过转换阀经所述第二管路向管式腔体通入载气时，所述臭氧发生器连通第三管路并保持开启状态，所述臭氧发生器通过所述第三管路向所述第二管路通入第一流量的臭氧；在第三管路中设置流量计，所述流量计探测第三管路中的臭氧流量；同时在第二管路靠近载气源上设置排气管路，通过所述排气管路上的流量控制器控制排气管路从第二管路中排出载气，使得第二管路排出载气的流量与所述第三管路中流量计测得的臭氧流量相同，从而确保从所述第二管路上获得的载气的流量和从第二管路通过第三管路获得的臭氧的流量之和、与第一管路上获得的载气流量相同，这样也可以达到通过第一管路和第二管路交替向管式腔体也持续通入相同流量气体，使得第一半反应步骤和第二半反应步骤交替时可以使得气体稳定输出，如此可以使得气体可以稳定输出，从而使得第一沉积层如氧化铝，以此脉冲方式进行沉积时可以形成均匀地沉积层。

图7为本发明提供的一种基片区域划分示意图。

接下来，对上述实施例中经过处理的基片进行厚度测试，如图7所示，基片测试点的选取方法为，将所述基片划分为9个区域，每个区域的中心点作为测试点。示例性的，所述基片的边长为210mm。测 试结果如表二所示：通过统计同一基片的9个测试点厚度(ThicknessofSEtestingpoint)易得均值(Mean)，片内均匀性(WIW)和基片每次循环增加的平均厚度(GPC)。通过统计不同基片的测试点厚度可得片间均匀性(WTW)。

由表二易得，经过500次循环的所述基片能达到片内均匀性在0-3％的范围内，片间均匀性在0-3.01％的范围内。

在另一些实施例中，基片划分为X个区域，所述X为正整数。所述基片直径为小于所述石墨舟尺寸的任意尺寸。

图8为本发明实施例提供的一种基片的少子寿命的箱型图；图9为本发明实施例提供的一种基片的隐性开路电压的箱型图。

在另一些具体实施例中，通过所述基片处理方法对所述基片双面镀15nm氧化铝，450℃真空退火30分钟。借助sintoninstrumentWCT-120或其他测量设备对工艺调试稳定后的基片测试少子寿命；示例性的，本实施例选取工艺开发过程中第24次和第25次工艺作为实验样品；测试结果如图8所示。其中n型基片的少子寿命均值高于450μs，p型基片的少子寿命均值高于200μs。对第24次和第25次工艺实验的基片的隐性开路电压(ImpliedOpenCircuitVoltage，iVOC)测试，结果如图9所示。其中各时间节点的隐性开路电压均值均高于0.69V，即前后两次钝化水平都处于比较高的水平；值得注意的是，所述少子寿命与所述隐性开路电压呈正相关的变化趋势。

综上所述，针对于TOPCon电池的应用，本发明实施例能在大尺寸基片上进行均匀的氧化铝沉积，尤其在n型基片制绒面上有极好的保形性和钝化效果。保证了TOPCon电池对光能的高效利用。由于本发明实施例对基片进行热原子沉积时复用了PECVD设备平台，实现了 氧化铝氮化硅同舟工艺，在一定程度上降低了生产成本。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (21)

1. 一种基片处理设备，其特征在于，所述设备集成热ALD处理单元和PECVD处理单元；所述热ALD处理单元包括：载气源、第一管路、第二管路、源瓶、氧源、第一流体阀、第二流体阀和设备腔体；

   所述设备腔体容纳基片并作为所述基片的反应场所；

   所述第一管路和所述第二管路均用于向所述腔体传输载气；

   所述载气源用于提供所述载气；

   所述氧源用于提供氧化剂；

   所述源瓶用于容纳化学源；当所述载气通入所述源瓶时，所述载气携带所述化学源进入所述设备腔体；

   所述第一流体阀用于控制所述化学源是否流经所述第一管路；

   所述第二流体阀用于控制所述氧化剂是否流经所述第二管路。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述氧源至少包括两种不同成分的氧化剂，分别与所述第二管路连通。
3. 根据权利要求2所述的设备，其特征在于，至少一种氧源是臭氧发生器，至少一种氧源是氧源瓶。
4. 根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述臭氧发生器连接有第三管路，所述第三管路与第二管路连通，在所述第三管路中设置有流量计，所述流量计探测所述第三管路中的气体流量；

   所述第二管路上靠近载气源处设置排气管路，所述排气管路包括流 量控制器，所述流量控制器控制排气管路从第二管路中排出气体，排出气体的流量与所述流量计测得的气体流量相同。
5. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述源瓶和所述第一管路为并列设置；

   所述载气流经所述源瓶和所述第一管路中的至少一者。
6. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述源瓶设有调节部，用于调节进入所述源瓶的气体流量；

   当所述载气同时流经所述源瓶和所述第一管路时，所述调节部用于调节向源瓶分配气体流量的比例。
7. 根据权利要求1-6任一项所述的设备，其特征在于，所述载气源具有转换阀，所述转换阀用于选择向所述第一管路或所述第二管路提供相同流量的载气。
8. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备腔体设有炉口法兰；所述第一管路和所述第二管路均与所述炉口法兰连接；

   所述炉口法兰设有若干气道，每条所述气道分别用于将所述设备腔体与所述第一管路或所述第二管路连通。
9. 根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备还包括臭氧破坏器；

   所述臭氧破坏器用于处理所述臭氧发生器产生的多余臭氧；

   所述臭氧发生器连接有第三管路和第四管路；

   所述第三管路与所述第二流体阀连接，所述第四管路与所述臭氧破坏器连接。
10. 根据权利要求1-6、8-9任一项所述的设备，其特征在于，各管路均经过防氧化处理。
11. 根据权利要求10所述的设备，其特征在于，

    所述防氧化处理包括进行氧化铝镀层。
12. 根据权利要求3所述的设备，其特征在于，

    所述臭氧发生器连接有氧气源和氮气源；

    所述氮气源用于控制所述臭氧发生器生产的臭氧浓度；所述臭氧浓度设置为[16，20]wt％。
13. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，

    所述设备腔体设有加热器，所述加热器用于控制所述设备腔体的反应温度。
14. 根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述设备腔体还设有辅热管，所述辅热管用于加热，以使所述设备腔体快速的升温。
15. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述PECVD处理单元与所述热ALD处理单元共用所述载气源和所述源瓶。
16. 一种基片处理方法，采用所述权利要求1-15任一项所述的设备，对基片在同一腔室内进行热ALD和PECVD处理，其特征在于，所述热ALD处理包括：

    所述载气源工作时，持续通过所述第一管路和所述第二管路向所述设备腔体传输载气；

    进行第一反应步骤，包括：第一流体阀开启t1时长后关闭t2时长；

    在所述第一流体阀开启时，所述载气携带所述化学源通过所述第一管路进入所述设备腔体；

    在所述第一流体阀关闭时，所述载气源向所述设备腔体吹扫所述载气；

    进行第二反应步骤，包括：第二流体阀开启t3时长后关闭t4时长；

    在所述第二流体阀开启时，臭氧发生器通过所述第二管路向所述设备腔体输送臭氧；

    在所述第二流体阀关闭时，所述载气源向所述设备腔体吹扫所述载气；

    所述第一反应步骤和所述第二反应步骤交替进行若干次后停止反应。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，

    当所述基片进入所述设备腔体时，加热器对所述基片加热；

    所述载气源向所述设备腔体充入所述载气，所述载气源通过转换阀经所述第一管路或所述第二管路向腔体持续通入相同流量载气。
18. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，

    所述臭氧发生器保持开启状态，所述臭氧发生器产生的多余的臭氧 通过臭氧破坏器进行处理。
19. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，

    所述臭氧发生器保持开启状态，通过第三管路向第二管路提供气体时，通过所述第二管路上靠近载气源处设置的排气管路，将第二管路中的载气向外排出，排出气体的流量与第三管路中气体流量相同。
20. 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，

    真空泵从所述设备腔体抽出的气体通入尾气处理器；

    所述臭氧破坏器排出的气体通入尾气处理器。
21. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，

    当所述基片在所述设备腔体完成热ALD工艺结束之后，所述基片在所述设备腔体继续进行PECVD工艺。