硅片加工工艺06磷扩散

磷扩散—太阳电池制造的核心工序1PN结——太阳电池的心脏扩散的目的：形成PN结2PN结的制造制造一个PN结并不是把两块不同类型〔P型和N型〕的半导体接触在一起就能形成的。必须使一块完整的半导体晶体的一局部是P型区域，另一局部是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。3扩散装置示意图4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5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。但是沉积在硅片外表的杂质源到达一定程度时，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。6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本公司目前采用的是第一种方法。7POCl3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。如果纯度不高那么呈红黄色。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。8POCl3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〕，其反响式如下：生成的P2O5在扩散温度下与硅反响，生成二氧化硅〔SiO2〕和磷原子，其反响式如下：9由上面反响式可以看出，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，破坏硅片的外表状态。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〕其反响式如下：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充分的分解和防止PCl5对硅片外表的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气。10在有氧气的存在时，POCl3热分解的反响式为：POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片外表，P2O5与硅反响生成SiO2和磷原子，并在硅片外表形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。11POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到PN结均匀、平整和扩散层外表良好等优点，这对于制作具有大面积结的太阳电池是非常重要的。12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13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。14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。15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。16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。17回温翻开O2，等待石英管升温至设定温度。18扩散翻开小N2，以设定流量通小N2〔携源〕进行扩散19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。20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。21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。22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，那么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/□)23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。测量装置示意图如下图。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外表接触良好，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。24磷扩散本卷须知〔一〕——工艺卫生所有工夹具必须永远保持干净的状态，包括吸笔、石英舟、石英舟叉子、碳化硅臂桨。吸笔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外表接触。石英舟和石英舟叉应放置在清洗干净的玻璃外表上。碳化硅臂桨暴露在空气中的时间应做到越短越好。25磷扩散本卷须知〔二〕——平安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