3磷扩散工艺课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,磷扩散,太阳电池制造的核心工序,1,磷扩散太阳电池制造的核心工序1,PN,结太阳电池的心脏,?,扩散的目的：形成,PN,结,2,PN结太阳电池的心脏?扩散的目的：形成PN结2,PN,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。也就,是要在晶体内部实现,P,型和,N,型半导体的接触。,?,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,。,3,PN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,PN,结的制造,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，把硅片团团包围起来，,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。在硅片的整个,外表面就形成了,N,型，而其内部还是原始的,P,型，这样,就达到了在硅片上形成了所要的,P-N,结。,-,这就是所,说的扩散。,4,PN结的制造制作太阳电池的硅片是P型的，也就是说在制造硅片时,扩散的原理,?,1,、扩散：由于物体内部的杂质浓度或温度不均匀而产生的,一种使浓度或温度趋于均匀的定向运动。,?,2,、杂质在半导体中的扩散：由杂质浓度梯度引起的一种使,杂质浓度趋于均匀的杂质定向运动。,?,3,、间隙式扩散：杂质进入晶体后，仅占据晶格间隙，在浓,度梯度作用下，从一个原子间隙到另一个相邻的原子间隙,逐次跳跃前进。每前进一个晶格间距，均必须克服一定的,势垒能量。,?,4,、替位式扩散：杂质进入晶体后，占据晶格原子的原子空,位（空格点），在浓度梯度作用下，向邻近原子空位逐次,跳跃前进。每前进一步，均必须克服一定的势垒能量。,5,扩散的原理?1、扩散：由于物体内部的杂质浓度或温度不均匀而产,扩散装置示意图,6,扩散装置示意图6,扩散装置图片,7,扩散装置图片7,扩散炉正视图,排废口,排,风,排废口,推舟机构,?,扩散装置图片,气源柜,进气,炉体柜,总电源进线,净化操作台,计算机控制柜,8,扩散炉正视图排废口排风排废口推舟机构?扩散装置图片气源柜进气,扩散炉气路系统,压缩,空气,O,2,N,2,N,2,9,扩散炉气路系统压缩空气O2N2 N29,太阳电池对扩散的要求,?,对扩散的要求是获得适合于太阳电池,p-n,结需要的,结深和扩散层方块电阻。浅结死层小，电池短波响,应好，而浅结引起串联电阻增加，只有提高栅电极,的密度，才能有效提高电池的填充因子，这样，增,加了工艺难度；结深太深，死层比较明显，如果扩,散浓度太大，则引起重掺杂效应，使电池开路电压,和短路电流均下降，实际电池制作中，考虑到各个,因素，,太阳电池的结深一般控制在,0.3,0.5,?,m,，方,块电阻均,20,70,?,/,。,10,太阳电池对扩散的要求?对扩散的要求是获得适合于太阳电池p-n,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,11,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1,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。扩散温度决定,了磷在硅晶体中扩散速度的大小。扩散速度和扩散时间的,乘积确定,P-N,的深度。,?,N,型区域磷浓度和扩散结深共同决定着方块电阻的大小。,方块电阻的大小与磷杂质浓度和扩散结深成正比。,12,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,太阳电池磷扩散方法,三氯氧磷（,POCl,3,）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,固态源扩散,用三氯氧磷液态源扩散是目前太阳电池行业里普,遍采用的方法。,13,太阳电池磷扩散方法三氯氧磷（POCl3）液态源扩散喷,各种扩散方法比较,扩散方法,比,较,简单涂布,源扩散,二氧化硅,乳胶源涂,布扩散,液态源扩,散,氮化硼固,态源扩散,设备简单，操作方便。工艺要求较低，比较成熟。扩散,硅片中表面状态欠佳，,-,结面不太平整，对于大面积,硅片薄层电阻值相差较大。,设备简单，操作方便，扩散硅片表面状态良好，,-,结,平整。均匀性，重复性较好。改进涂布设备。可以适用,自动化，流水线生产。,设备和操作比较复杂。扩散硅片表面状态好，,-,结面,平整，均匀性，重复性较好，工艺成熟。,设备简单，操作方便，扩散硅片表面状态好，,-,结面,平整，均匀性，重复性比液态源扩散好适合于大批量生,产。,14,各种扩散方法比较扩散方法比较简单涂布源扩散二氧化硅乳胶源涂布,POCl,3,简介,?,POCl,3,是无色透明有窒息性气味的毒性液体，所以要求,扩散系统必须有很高的密封性，特别是源瓶进出口两,端最好用聚四氟乙烯来连接，若用其它塑料管或乳胶,管连接时易被腐蚀，需要经常更换新管。接口处用聚,四氟带封闭，由系统流出的气体应通进排风管道连接,到室外，不能泄露在室内。,?,源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶，因为,POCl,3,易,吸水汽而变质，使扩散表面浓度上不去，其反应式如,下：,2POCl,3,+3H,2,O,P,2,O,5,+6HCl,所以如果发现,POCl,3,出现淡黄色时就不能再用了。,15,POCl3简介?POCl3是无色透明有窒息性气味的毒性液体，,POCl,3,磷扩散原理,?,POCl,3,在高温下（,600,）分解生成五氯化磷,（,PCl,5,）和五氧化二磷（,P,2,O,5,），其反应式如下：,5POCl,3,=,P,2,O,5,+3PCl,5,?,生成的,P,2,O,5,在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅,（,SiO,2,）和磷原子，其反应式如下：,2P,2,O,5,+5Si,=,5SiO,2,+4P,16,POCl3磷扩散原理?POCl3在高温下（600）分解生,POCl,3,磷扩散原理,?,由上面反应式生成的,PCl,5,是不易分解的，并且对硅片表面,有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来,O,2,存在的,情况下，,PCl,5,会进一步分解成,P,2,O,5,并放出氯气（,Cl,2,）其反,应式如下：,4PCl,5,+5O,2,=,2P,2,O,5,+10Cl,2,?,生成的,P,2,O,5,又进一步与硅作用，生成,SiO,2,和磷原子，由此,可见，在磷扩散时，为了促使,POCl,3,充分的分解和避免,PCl,5,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,。,17,POCl3磷扩散原理?由上面反应式生成的PCl5是不易分解的,POCl,3,磷扩散原理,?,在有氧气的存在时，,POCl,3,热分解的反应式为：,2Si+2POCl,3,+O,2,=2SiO,2,+2P,+3Cl,2,?,POCl,3,分解产生的,P,2,O,5,淀积在硅片表面，,P,2,O,5,与硅反,应生成,SiO,2,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,。,?,POCl3,液态源扩散方法具有生产效率较高，得到,PN,结,均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具,有大面积结的太阳电池是非常重要的。,18,POCl3磷扩散原理?在有氧气的存在时，POCl3热分解的反,磷扩散工艺过程,石英管清洗,扩散,饱和,回温,装片,关源，退舟,卸片,送片,方块电阻测量,19,磷扩散工艺过程石英管清洗扩散饱和回温装片关源，退舟卸片送片方,清洗,?,初次扩散前，扩散炉石英管首先连接,TCA,（三,氯乙烷,C,2,H,5,Cl,3,）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,O,2,，再开,TCA,，清洗结束后，先关,TCA,，再关,O,2,。,?,清洗结束后，将石英管连接扩散源瓶，待扩散。,20,清洗?初次扩散前，扩散炉石英管首先连接TCA（三氯乙烷C2H,饱和扩散,?,每班生产前，需对石英管进行饱和扩散。,?,炉温升至设定温度时，以设定流量通小,N,2,（携源）,和,O,2,，使石英管饱和，,20,分钟后，关闭小,N,2,和,O,2,。,?,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,下通源饱和,1,小时以上。,21,饱和扩散?每班生产前，需对石英管进行饱和扩散。?炉温升至设定,装片、送片,?,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。,?,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。,22,装片、送片?戴好防护口罩和干净的塑料手套，将清洗甩干的硅片从,回温、扩散,?,打开,O,2,，等待石英管升温至设定温度。,?,打开小,N,2,，以设定流量通小,N,2,（携源）进行扩散,23,回温、扩散?打开O2，等待石英管升温至设定温度。?打开小N2,关源、退舟、卸片,?,扩散结束后，关闭小,N,2,和,O,2,，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。,?,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，放入传递窗传至下道工序。,24,关源、退舟、卸片?扩散结束后，关闭小N2和O2，将石英舟缓缓,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。,?,还有一个重要参数是少子寿命。,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,，则该整个薄层的电阻,为：,?,当,l=a,（即为一个方块）时，,R=,t,。可见，,t,代表一,个方块的电阻，故称为方块,电阻，特记为,R,=,t(/,),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。,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。,图中成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。,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,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,未经清洗的表面接触。,?,石英舟和石英舟叉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。,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,磷扩散注意事项（二）,安全操作,?,磷扩散的系统应保持清洁干燥，如果石英管内有水汽,存在，就会使管内,P,2,O,5,水解生成偏磷酸（,HPO,3,），,使管道内出现白色沉积物和粘滞液体，石英舟容易粘,在管道上，不易拉出。因此