扩散培训教材

扩散培训教材第1页，课件共34页，创作于2023年2月2对磷扩散的认识--什么叫扩散

太阳能电池的心脏是一个PN结。PN结是不能简单地用两块不同类型（p型和n型）的半导体接触在一起就能形成的。要制造一个PN结，必须使一块完整的半导体晶体的一部分是P型区域，另一部分是N型区域。也就是在晶体内部实现P型和N型半导体的接触。第2页，课件共34页，创作于2023年2月3对磷扩散的认识--什么叫扩散

制造PN结，实质上就是想办法使受主杂质（P型），在半导体晶体内的一个区域中占优势，而使施主杂质（N型）在半导体内的另外一个区域中占优势，这样就在一块完整的半导体晶体中实现了P型和N型半导体的接触。第3页，课件共34页，创作于2023年2月4对磷扩散的认识--什么叫扩散

制作太阳电池的硅片是P型的，也就是说在制造硅片时，已经掺进了一定量的硼元素，使之成为P型的硅片。如果我们把这种硅片放在一个石英容器内，同时对此石英容器内加热到一定温度，并将含磷的气体通入这个石英容器内，这时施主杂质磷可从化合物中分解出来，在容器内充满着含磷的蒸汽。第4页，课件共34页，创作于2023年2月5对磷扩散的认识--什么叫扩散

在硅片周围包围着许许多多的磷的分子，因此磷原子能从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散。在有磷渗透的一面就形成了N型，在没有渗透的一面是原始P型的，这样就达到了在硅片内部形成了所要的PN结。----这就是所说的扩散。第5页，课件共34页，创作于2023年2月6PN结——太阳电池的心脏扩散的目的：形成PN结第6页，课件共34页，创作于2023年2月7太阳电池磷扩散方法１．三氯氧磷（POCl3）液态源扩散２．喷涂磷酸水溶液后链式扩散３．丝网印刷磷浆料后链式扩散第7页，课件共34页，创作于2023年2月8第8页，课件共34页，创作于2023年2月9扩散装置示意图第9页，课件共34页，创作于2023年2月10POCl3

简介POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源无色透明液体，具有刺激性气味。如果纯度不高则呈红黄色。比重为1.67，熔点2℃，沸点107℃，在潮湿空气中发烟。POCl3很容易发生水解，POCl3极易挥发。第10页，课件共34页，创作于2023年2月11POCl3磷扩散原理POCl3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式如下：生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：第11页，课件共34页，创作于2023年2月由上面反应式可以看出，POCl3热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下：生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可见，在磷扩散时，为了促使POCl3充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气。第12页，课件共34页，创作于2023年2月在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。第13页，课件共34页，创作于2023年2月14影响扩散的因素管内气体中杂质源的浓度扩散温度扩散时间第14页，课件共34页，创作于2023年2月15影响扩散的因素管内气体中杂质源浓度的大小决定着硅片N型区域磷浓度的大小。但是沉积在硅片表面的杂质源达到一定程度时，将对N型区域的磷浓度改变影响不大。扩散温度和扩散时间对扩散结深影响较大。N型区域磷浓度和扩散结深共同决定着方块电阻的大小。第15页，课件共34页，创作于2023年2月16磷扩散工艺过程清洗饱和装片送片回温扩散关源，退舟方块电阻测量卸片第16页，课件共34页，创作于2023年2月17清洗初次扩散前，扩散炉石英管首先连接TCA装置，当炉温升至设定温度，以设定流量通TCA60分钟清洗石英管。清洗开始时，先开O2，再开TCA；清洗结束后，先关TCA，再关O2。清洗结束后，将石英管连接扩散源瓶，待扩散。第17页，课件共34页，创作于2023年2月18饱和每班生产前，需对石英管进行饱和。炉温升至设定温度时，以设定流量通小N2（携源）和O2，使石英管饱和，20分钟后，关闭小N2和O2。初次扩散前或停产一段时间以后恢复生产时，需使石英管在950℃通源饱和1小时以上。第18页，课件共34页，创作于2023年2月19装片戴好防护口罩和干净的塑料手套，将清洗甩干的硅片从传递窗口取出，放在洁净台上。用吸笔依次将硅片从硅片盒中取出，插入石英舟。第19页，课件共34页，创作于2023年2月20送片用舟叉将装满硅片的石英舟放在碳化硅臂浆上，保证平稳，缓缓推入扩散炉。第20页，课件共34页，创作于2023年2月21回温打开O2，等待石英管升温至设定温度。第21页，课件共34页，创作于2023年2月22扩散打开小N2，以设定流量通小N2（携源）进行扩散第22页，课件共34页，创作于2023年2月23关源，退舟扩散结束后，关闭小N2和O2，将石英舟缓缓退至炉口，降温以后，用舟叉从臂桨上取下石英舟。并立即放上新的石英舟，进行下一轮扩散。如没有待扩散的硅片，将臂浆推入扩散炉，尽量缩短臂桨暴露在空气中的时间。第23页，课件共34页，创作于2023年2月24卸片等待硅片冷却后，将硅片从石英舟上卸下并放置在硅片盒中，放入传递窗。第24页，课件共34页，创作于2023年2月25扩散层薄层电阻及其测量在太阳电池扩散工艺中，扩散层薄层电阻（方块电阻）是反映扩散层质量是否符合设计要求的重要工艺指标之一。方块电阻也是标志进入半导体中的杂质总量的一个重要参数。第25页，课件共34页，创作于2023年2月26方块电阻的定义考虑一块长为l、宽为a、厚为t的薄层如右图。如果该薄层材料的电阻率为ρ，则该整个薄层的电阻为当l=a（即为一个方块）时，R=

ρ/t。可见，（ρ/t）代表一个方块的电阻，故称为方块电阻，特记为R□=

ρ/t(Ω/□)第26页，课件共34页，创作于2023年2月27扩散层薄层电阻的测试目前生产中，测量扩散层薄层电阻广泛采用四探针法。测量装置示意图如图所示。图中直线陈列四根金属探针（一般用钨丝腐蚀而成）排列在彼此相距为S一直线上，并且要求探针同时与样品表面接触良好，外面一对探针用来通电流、当有电流注入时，样品内部各点将产生电位，里面一对探针用来测量2、3点间的电位差。

第27页，课件共34页，创作于2023年2月28磷扩散注意事项（一）——工艺卫生所有工夹具必须永远保持干净的状态，包括teflon夹子、石英舟、石英舟夹子、碳化硅臂桨。teflon夹子应放在干净的玻璃烧杯内，不得直接与人体或其它未经清洗的表面接触。石英舟和石英舟夹子应放置在清洗干净的玻璃表面上。碳化硅臂桨暴露在空气中的时间应做到越短越好。第28页，课件共34页，创作于2023年2月29磷扩散注意事项（一）——工艺卫生员工进入扩散间之前必须进行风淋，同时着装必须满足扩散间要求。扩散间需要使用专用清洁工具，每天进行打扫。第29页，课件共34页，创作于2023年2月30检验标准扩散方块电阻控制在40-60Ω/□之间。同一炉扩散方块电阻不均匀度≤20%，同一硅片扩散方块电阻不均匀度≤10%。表面无色差，无明显因偏磷酸滴落或其他原因引起的污染。第30页，课件共34页，创作于2023年2月31磷扩散注意事项（二）——安全操作所有的石英器具都必须轻拿轻放。源瓶更换的标准操作过程依次关闭进气阀门、出气阀门，拔出连接管道，更换源瓶，连接管道，打开出气阀门、进气阀门。第31页，课件共34页，创作于2023年2月32磷扩散注意事项（二）——安全操作三氯氧磷发生泄露时的应急处理方法第一时间疏散人群，退出扩散等相关工艺，及时通知工艺和设备人员处理，如果发生爆燃现象，应在戴好防毒面具以及遮盖好身体各部位的前提下用干粉或黄沙灭火，绝对不能用水。第32页，课件共34页，创作于2023年2月33磷扩散注意事项（三）——工艺控制方块电阻调整规则在