2.3 电池制造工艺 扩散.ppt

1、扩散,什么是结？,富含电子的区域（N型区）与富含空穴的区域（P型区）的分界处 结的具体位置在哪里？ 电子浓度和空穴浓度相同的地方,什么是扩散？,一种材料通过另一种材料的运动，是一种自然的化学过程 是掺杂的一种工艺方法,扩散的发生条件？,一种材料的浓度必须高于另一种材料的浓度 系统内部有足够高 的能量可以使高浓度的材料进入或通过另一种材料 常见的扩散现象 气相扩散：充压喷雾罐（空气清新剂之类） 液相扩散：墨水与水混合 固相扩散：金链子与皮肤,结的扩散形成,杂质气流,扩散炉管,+：P型杂质原子 ：N型杂质原子,大量的杂质气体进入密闭空间（扩散炉） 杂质气体在扩散炉内扩散（气相扩散） 因为进入的杂质

2、气体为N型杂质原子，硅材料内部为P型杂质原子，因为浓度的关系，发生扩散过程 因为扩散到晶圆内部的N型杂质原子数量高于第一层中P型原子数量，形成N型导电层 发生从第一层向第二层的扩散 同样，第二层中的N型杂质的数量高于P型，使第二层转变为N型 向深处继续扩散,什么是同型掺杂？,所掺杂质与原有杂质相同，即在N型硅片中掺入N型杂质或在P型硅片中掺入P型杂质 掺入的杂质原子仅仅在限定区域中提高了杂质原子的浓度，不会形成结,NP结与PN结？,NP结：掺杂区中N型原子浓度高 PN结：掺杂区中P型原子浓度高,扩散的工艺目的？,在硅片表面产生具体掺杂原子的数量（浓度） 在硅片表面下的特定位置处形成PN（或NP

3、）结 在硅片表面层形成特定的掺杂原子（浓度）分布,什么是横向扩散？,在扩散过程中，只要满足扩散条件，可朝任意方向运动 横向扩散是指杂质原子的横向运动，在不希望的掺杂区进行了掺杂，或改变了工艺需要的浓度。,扩散工艺步骤,淀积（deposition） 推进氧化（drive-in-oxidation）,淀积工艺的影响因素？,特定杂质的扩散率（diffusivity） 杂质在晶圆材质的最大固溶度（maximum solid solubility）,扩散源的选择？,液态源(如溴化硼BBr3，三氯氧磷POCl3) 气态源(如三氢化砷AsH3，乙硼烷B2H6) 固态源(如硼块（含硼和氮的化合物）),推进氧化

4、的目的？,杂质在硅片深处的再分布 氧化硅表面,推进氧化的影响,若杂质是N型，会发生所谓的堆积效应，增加了硅表层的杂质数量。 若杂质是P型，会发生相反的效应，降低了硅表层的杂质数量。,太阳电池工艺中的扩散,扩散的目的：形成PN结,扩散装置示意图,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,太阳电池磷扩散方法,三氯氧磷（POCl3）液态源扩散 喷涂磷酸水溶液后链式扩散 丝网印刷磷浆料后链式扩散,POCl3 的特性,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

5、易发生水解，POCl3极易挥发。,POCl3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：,由上一页的反应式可以看出，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

6、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 。,POCl3扩散过程中通氧气的原因？,POCl3含氧扩散原理？,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 。,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,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

7、洗结束后，将石英管连接扩散源瓶，待扩散。,饱和,每班生产前，须对石英管进行饱和。 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。,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。 用石英吸笔或夹子依次将硅片从硅片盒中取出，插入石英舟。,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。,回温,打开O2，等待石英管升温至设定温度。,扩散,打开小N2，以设定流量通小N2（携源）进行扩散,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