变温扩散工艺实验报告

1、 党纪东 王 虎 2010-7-19日整理人 王永伟 2010年11月24日理论依据理论依据1实验过程及设计实验过程及设计2新工艺对效率的影响新工艺对效率的影响4 4 4实验结果及分析实验结果及分析2 1第一部分第一部分理理 论论 依依 据据 定义分凝系数k为：1.在高温恒温扩散情况下，金属杂质沉淀溶解的速率加快，但在多晶硅衬底里和在重磷扩散的区域内的分凝系数差别不大，使得溶解的杂质不能被全部有效地分凝吸杂到重磷扩散的区域，且此时复合体扩散系数比磷原子扩散系数大，导致多晶硅体内的金属杂质重新形成更高密度的复合中心。另一方面，长时间的恒温过程引起的平衡偏聚使得溶质原子浓度分布不均，导致扩散均匀性

2、较差。内的杂质平衡浓度硅内的杂质平衡浓度2SiOk2.在变温扩散工艺中，采取先低温（760左右）、再高温（850左右）、再低温（760左右）的扩散方式。第一步扩散是低温慢扩散，此时k1，磷原子会堆积在硅片表面，此时晶界扩散起主要作用，杂质原子会通过晶界和位错“管道”逸出；第二步高温扩散，使磷原子穿透SiO2层的速率更快，此时硅中许多杂质会逸出，可以快速有效的溶解金属沉淀或金属复合体，使杂 质原子从不同的形态变为可以快速移动的间隙原子 ，杂质原子以间隙形式进行扩散，造成杂质的耗尽，在此升温过程中，磷原子在晶界的平衡偏聚随温度的升高而迅速降低，趋向于消失状态，但此高温下，在多晶硅衬底和在重磷扩散区

3、域内的分凝系数差别不大；最后一步低温扩散增加了吸杂的驱动力（杂质原子在吸杂区域的分凝），此时金属杂质在不同区域的分凝系 数相差很大，降温过程中产生的过饱和空位在降温过程中和低温状态下消失于晶界处，复合体也在晶界附近解体，使磷原子留在晶界附近区域，可以显著改善材料的性能，此步骤和后续的变温降温再分布过程将使结的均匀性和平整性得到改善。2第二部分第二部分实实 验验 过过 程程 及及 设设 计计 1.目前正常工艺设置情况方块控制：6068正常工艺ECV测试结果及分析从ECV测试情况看，正常工艺扩散后，结深一般大于0.40um左右，且表面浓度较大，一般在2.0e21/ cm3 以上。2.高温 低温扩散

4、工艺设置情况注：整个工艺运行时间比正常工艺增加5分钟左右。扩散步（扩散步（Step6、Step7）相关设置：）相关设置：高温 低温扩散ECV测试结果及分析1 E + 1 81 E + 1 91 E + 2 01 E + 2 11 E + 2 200 . 0 50 . 10 . 1 50 . 20 . 2 50 . 30 . 3 50 . 40 . 4 50 . 5N ( c m - 3 ) 炉 口N ( c m - 3 ) 炉 中N ( c m - 3 ) 炉 尾从ECV测试情况看，经先高温、再低温扩散后，结深可以达到0.35um左右，但表面浓度较大，达到2.50e21/ cm3 以上。3.低

5、温低温 高温高温 低温扩散工艺设置情况低温扩散工艺设置情况注：整个工艺运行时间比正常工艺增加5分钟左右。扩散步（扩散步（Step6、Step8、Step9）相关设置：）相关设置：低温低温 高温高温 低温低温扩散ECV测试结果及分析从ECV测试情况看，经先低温、再高温、再低温扩散后，结深可以达到0.30um左右，表面浓度较小，在1.50e21/ cm3 左右。3第三部分第三部分实实 验验 结结 果果 及及 分分 析析 在变温扩散实验过程中，主要利用了氧气增强磷原子扩散和氮气抑制磷原子扩散的机理，对各扩散步及推进步进行时间和气体流量的适当配置，使实验达到预期的效果。 以下是实验片与正常片ECV测试

6、对比及分析实验片与正常片ECV测试对比正常片正常片实验片实验片 目前我们扩散的结深和掺杂浓度分布接近于余误差分布。从ECV扫描情况看，正常片表面浓度一般在2.0e21/ cm3 以上，结深一般大于0.40um；而变温扩散的实验片，表面磷浓度可控制在1.50e21/ cm3以下，结深约为0.30um。 方块电阻控制在6065之间，均匀性较好，单片不均匀度一般在5%以内，整管不均匀度一般在4%以内。 从ECV测试对比看，在00.05um范围内，实验片浓度梯度较正常片大，因此扩散掺杂总量较少，但结区有效掺杂较多，所以少子寿命和接触电势差应有所提高，因而对Voc和Isc有积极的贡献，但在一定程度上会增

7、加Rs和损失FF，且不利于烧结，所以需要对烧结进行必要的匹配调节。实验片与正常片QE测试对比采用同一片源和批次的P156 进行QE测试。 图中蓝、红、绿是实验片，其它是正常片。 从QE测试上可以看出：在前波段（350nm 700nm），实验片对光谱的响应要优于正 常片。这与浅结减少了表面复合和顶区复合的损失，从而增加顶区的高能光谱响应是一致的。4第四部分第四部分日期日期硅片硅片对对 比比 情情 况况效率效率提升提升11月09日实验片正常片11月10日实验片正常片11月11日实验片正常片11月12日实验片正常片实验跟踪情况如下实验跟踪情况如下0.11%0.10%0.16%0.14%日期日期硅片硅片对对 比比 情情 况况效率提升效率提升11月13日实验片正常片11月15日实验片正常片11月16日实验