扩撒工艺培训资料2011

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1、桂林众阳光能科技有限责任桂林众阳光能科技有限责任 公司公司扩散工艺扩散工艺2011-4-82011-4-8什么是扩散？什么是扩散？扩散是一种材料通过另一种材扩散是一种材料通过另一种材 料的运动，是一种自然的化学料的运动，是一种自然的化学 过程过程是掺杂的一种工艺方法是掺杂的一种工艺方法扩散的条件是什么？扩散的条件是什么？n n一种材料的浓度必须高于另一种材料的浓度一种材料的浓度必须高于另一种材料的浓度n n系统内部有足够高系统内部有足够高 的能量可以使高浓度的材料进的能量可以使高浓度的材料进 入或通过另一种材料入或通过另一种材料n n常见的扩散现象常见的扩散现象n n气相扩散：充压喷雾罐（空气

2、清新剂之类）气相扩散：充压喷雾罐（空气清新剂之类）n n液相扩散：墨水与水混合液相扩散：墨水与水混合n n固相扩散：金链子与皮肤固相扩散：金链子与皮肤什么是结？什么是结？富含电子的区域（富含电子的区域（N N型区）与富型区）与富 含空穴的区域（含空穴的区域（P P型区）的分界型区）的分界 处处结的具体位置在哪里？结的具体位置在哪里？ 电子浓度和空穴浓度相同的地方电子浓度和空穴浓度相同的地方结的扩散形成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1.1.大量的杂质气体进入密闭空间（扩散炉）大量的杂质气体进入密闭空间（扩散炉）2.2.杂质气体在扩散炉内扩散（气相扩散）杂质气体在扩散

3、炉内扩散（气相扩散）3.3.因为进入的杂质气体为因为进入的杂质气体为N N型杂质原子，硅材料内部为型杂质原子，硅材料内部为P P型杂质原子，型杂质原子， 因为浓度的关系，发生扩散过程因为浓度的关系，发生扩散过程4.4.因为扩散到晶圆内部的因为扩散到晶圆内部的N N型杂质原子数量高于第一层中型杂质原子数量高于第一层中P P型原子数量型原子数量 ，形成，形成N N型导电层型导电层5.5.发生从第一层向第二层的扩散发生从第一层向第二层的扩散6.6.同样，第二层中的同样，第二层中的N N型杂质的数量高于型杂质的数量高于P P型，使第二层转变为型，使第二层转变为N N型型7.7.向深处继续扩散向深处继续

4、扩散NPNP结与结与PNPN结？结？NPNP结：掺杂区中结：掺杂区中N N型原子浓度高型原子浓度高 PNPN结：掺杂区中结：掺杂区中P P型原子浓度高型原子浓度高扩散的工艺目的？扩散的工艺目的？在硅片表面产生具体掺杂原子的数量在硅片表面产生具体掺杂原子的数量 （浓度）（浓度） 在硅片表面下的特定位置处形成在硅片表面下的特定位置处形成PNPN（ 或或NPNP）结）结在硅片表面层形成特定的掺杂原子（在硅片表面层形成特定的掺杂原子（ 浓度）分布浓度）分布扩散工艺步骤扩散工艺步骤1.1.淀积（淀积（depositiondeposition）2.2.推进氧化（推进氧化（drive-in-oxidatio

5、ndrive-in-oxidation ）淀积工艺的影响因素？淀积工艺的影响因素？特定杂质的扩散率（特定杂质的扩散率（diffusivitydiffusivity ）杂质在晶圆材质的最大固溶度杂质在晶圆材质的最大固溶度 （maximum solid solubilitymaximum solid solubility）扩散源的选择？扩散源的选择？液态源液态源( (如溴化硼如溴化硼BBr3BBr3，三氯氧磷，三氯氧磷 POCl3)POCl3)气态源气态源( (如三氢化砷如三氢化砷AsH3AsH3，乙硼烷，乙硼烷 B2H6)B2H6)固态源固态源( (如硼块（含硼和氮的化合物）如硼块（含硼和氮的化

6、合物）) )推进氧化的目的？推进氧化的目的？杂质在硅片深处的再分布杂质在硅片深处的再分布氧化硅表面氧化硅表面推进氧化的影响推进氧化的影响若杂质是若杂质是N N型，会发生所谓的堆积效应型，会发生所谓的堆积效应 ，增加了硅表层的杂质数量。，增加了硅表层的杂质数量。若杂质是若杂质是P P型，会发生相反的效应，降型，会发生相反的效应，降 低了硅表层的杂质数量。低了硅表层的杂质数量。太阳电池工艺太阳电池工艺 中的扩散中的扩散众阳光能科技有限公司众阳光能科技有限公司扩散的目的：形成扩散的目的：形成PNPN结结扩散扩散- -结深结深对扩散的要求是获得适合于太阳电池对扩散的要求是获得适合于太阳电池pnpn结需

7、结需 要的结深和扩散层方块电阻，浅结死层小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，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，太阳电池的结深作中，考虑到各个因素，太阳电池的结深 一

8、般控制在一般控制在0.30.30.50.5 mm。扩散装置示意图扩散装置示意图影响扩散的因素影响扩散的因素管内气体中杂质源的浓度管内气体中杂质源的浓度扩散温度扩散温度扩散时间扩散时间太阳电池磷扩散方法太阳电池磷扩散方法三氯氧磷（三氯氧磷（POClPOCl3 3）液态源扩）液态源扩 散散喷涂磷酸水溶液后链式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丝网印刷磷浆料后链式扩散POClPOCl3 3的特性的特性POClPOCl3 3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源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。如果无色透明液体，具有刺激性气味。如果 纯度不高则呈红黄色。纯度不高

9、则呈红黄色。比重为比重为1.671.67，熔点，熔点2 2，沸点，沸点107107，在潮，在潮 湿空气中发烟。湿空气中发烟。POClPOCl3 3很容易发生水解，很容易发生水解，POClPOCl3 3极易挥发极易挥发 。POClPOCl3 3磷扩散原理磷扩散原理POClPOCl3 3在高温下在高温下（600600）分解生成五分解生成五 氯化磷氯化磷（PClPCl5 5）和五氧化二磷和五氧化二磷（P P2 2O O5 5） ，其反应式如下：，其反应式如下：生成的生成的P P2 2O O5 5在扩散温度下与硅反应，在扩散温度下与硅反应， 生成二氧化硅（生成二氧化硅（SiOSiO2 2）和磷原子，其

10、反）和磷原子，其反 应式如下：应式如下：1.1.由上一页的反应式可以看出，由上一页的反应式可以看出，POClPOCl3 3热分解时，如果没有外热分解时，如果没有外 来的氧（来的氧（O O2 2）参与其分解是不充分的，生成的）参与其分解是不充分的，生成的PClPCl5 5是不易是不易 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 在有外来在有外来O O2 2存在的情况下，存在的情况下，PClPCl5 5会进一步分解成会进一步分解成P P2 2O O5 5并放并放出氯气（出氯气（ClCl2 2）其反应式如下：）其反应式如下：2.2.生成的生成

11、的P P2 2O O5 5又进一步与硅作用，生成又进一步与硅作用，生成SiOSiO2 2和磷原子，由此和磷原子，由此 可见，在磷扩散时，为了促使可见，在磷扩散时，为了促使POClPOCl3 3充分的分解和避免充分的分解和避免PClPCl5 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 量的氧气量的氧气 。POCl3POCl3扩散过程中通氧气的原因？扩散过程中通氧气的原因？POCl3POCl3含氧扩散原理？含氧扩散原理？在有氧气的存在时，在有氧气的存在时，POClPOCl3 3热分解的热分解的 反应式为：反应式为：POClPOCl3 3分

12、解产生的分解产生的P P2 2O O5 5淀积在硅片表淀积在硅片表 面，面，P P2 2O O5 5与硅反应生成与硅反应生成SiOSiO2 2和磷原子和磷原子 ，并在硅片表面形成一层磷，并在硅片表面形成一层磷- -硅玻璃，硅玻璃， 然后磷原子再向硅中进行扩散然后磷原子再向硅中进行扩散 。磷扩散工艺过程？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清洗1.1.初次扩散前，扩散炉石英管首先连接初次扩散前，扩散炉石英管首先连接TCATCA 装置，当炉温升至设定温度，以设定流量装置，当炉温升至设定温度，以设定流量 通通TCA60TCA60分钟清洗石英管。分钟清洗石英管。2.2

13、.清洗开始时，先开清洗开始时，先开O O2 2，再开，再开TCATCA；清洗结；清洗结 束后，先关束后，先关TCATCA，再关，再关O O2 2。3.3.清洗结束后，将石英管连接扩清洗结束后，将石英管连接扩 散源瓶，待扩散。散源瓶，待扩散。饱和饱和1.1.每班生产前，须对石英管进行饱和。每班生产前，须对石英管进行饱和。2.2.炉温升至设定温度时，以设定流量通小炉温升至设定温度时，以设定流量通小N N2 2（携源）和（携源）和O O2 2，使石英管饱和，使石英管饱和，2020分钟后分钟后 ，关闭小，关闭小N N2 2和和O O2 2。3.3.初次扩散前或停产一段时间以后恢复生产初次扩散前或停产一

14、段时间以后恢复生产 时，需使石英管在时，需使石英管在950950通源饱和通源饱和1 1小时以小时以 上。上。装片装片1.1.戴好防护口罩和干净的塑料手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套，将清洗甩干的硅片从传递 窗口取出，放在洁净台上。窗口取出，放在洁净台上。2.2.用石英吸笔或夹子依次将硅片用石英吸笔或夹子依次将硅片 从硅片盒中取出，插入石英舟从硅片盒中取出，插入石英舟 。送片送片用舟叉将装满硅片的石英舟放用舟叉将装满硅片的石英舟放 在碳化硅臂浆上，保证平稳，在碳化硅臂浆上，保证平稳， 缓缓推入扩散炉。缓缓推入扩散炉。回温回温打开打开O O2 2，等待石英管升温至设，等待

15、石英管升温至设 定温度。定温度。扩散扩散打开小打开小N N2 2，以设定流量通小，以设定流量通小N N2 2（携源）进行扩散（携源）进行扩散关源，退舟关源，退舟扩散结束后，关闭小扩散结束后，关闭小N N2 2和和O O2 2，将石英舟缓，将石英舟缓 缓退至炉口，降温缓退至炉口，降温以后以后，用舟叉从臂桨上，用舟叉从臂桨上 取下石英舟。并立即放上新的石英舟，进取下石英舟。并立即放上新的石英舟，进 行下一轮扩散。行下一轮扩散。如没有待扩散的硅片，将臂浆推入扩散炉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。，尽量缩短臂桨暴露在空气中的时间。卸片卸片等待硅片冷却后，将硅片从

16、石等待硅片冷却后，将硅片从石 英舟上卸下并放置在硅片盒中英舟上卸下并放置在硅片盒中 ，放入传递窗。，放入传递窗。扩散工序工艺卫生扩散工序工艺卫生 要求要求桂林众阳光能科技有限公司桂林众阳光能科技有限公司扩散间工艺卫生扩散间工艺卫生为保证扩散间为保证扩散间1 1万级洁净度标准和稳定电池片万级洁净度标准和稳定电池片 的效率，以下各条款各部门人员应严格遵的效率，以下各条款各部门人员应严格遵 守。守。 1 1、非扩散间工作人员不得进入扩散间，如有、非扩散间工作人员不得进入扩散间，如有 需要进入扩散间的人员（工艺、设备、设需要进入扩散间的人员（工艺、设备、设 施、电池线巡检）必须换鞋套、戴口罩，施、电池线巡检）必须换鞋套、戴口罩， 经经30s30s风淋后才可进入；扩散间两侧的门除风淋后才可进入；扩散间两侧的门除 存取源瓶时，平时不得打开。存取源瓶