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1、晶硅电池扩散工艺培训报告晶硅电池扩散工艺培训报告 目目 录录1. 扩散的原理扩散的原理2. 扩散的设备介绍扩散的设备介绍3. 扩散工艺扩散工艺Recipe描述描述4. 扩散工序的质量指标扩散工序的质量指标5. 扩散的影响因素和常见问题扩散的影响因素和常见问题6. 致谢致谢晶硅太阳能电池生产流程晶硅太阳能电池生产流程制绒制绒扩散扩散二次清二次清洗洗丝印丝印PECVD烧结烧结测试测试分选分选形成绒面形成绒面p-n结结去去PSG去背面去背面和周边和周边p-n结结SixNy:H薄膜薄膜电极制作电极制作欧姆接触欧姆接触分档分档扩散原理扩散原理扩散的目的扩散的目的-形成形成p-n结结p-n结介绍结介绍 当
2、当n型半导体和型半导体和p型半导体紧密接触时，在界面上就会出现电子型半导体紧密接触时，在界面上就会出现电子和空穴的浓度差。和空穴的浓度差。p区的空穴向区的空穴向n区扩散，区扩散，n区的电子向区的电子向p区扩散。区扩散。在交界面附近，在交界面附近，n区一边因失去电子而呈现正电性，区一边因失去电子而呈现正电性，p区一边因接区一边因接受了电子呈现负电性，在受了电子呈现负电性，在n区和区和p区的交界面附近产生一个区的交界面附近产生一个内建电内建电场场。 内建电场对载流子的扩散运动起了阻碍的作用，这种作用正好内建电场对载流子的扩散运动起了阻碍的作用，这种作用正好和扩散作用相反。内建电场既起到阻碍扩散运动
3、的作用，又起到漂和扩散作用相反。内建电场既起到阻碍扩散运动的作用，又起到漂移运动的作用，这两个作用相互联系在一起，最后达到移运动的作用，这两个作用相互联系在一起，最后达到动态平衡动态平衡。这就是这就是p-n结。结。p-n结介绍结介绍p-n结作用：结作用：实现光电转换实现光电转换 当太阳光照射到电池表面，内部p区和n区原子的价电子受到激发，产生了非平衡状态的电子-空穴对。在p-n结处激发的电子-空穴对以及迁移到这附近的电子和空穴，受到p-n结内建电场的漂移作用影响，空穴被驱向p区，电子被驱向n区。结果，p区产生了过剩的的空穴，n区产生了过剩的电子，它们在p-n结处形成与内建电场方向相反的光生电场
4、。光生电场使p区带正电，n区带负电。光生电场在两区之间的薄层产生电动势，称为光生电场。当外电路连通时，就能输出电流。 p-n结作用：结作用：实现光电转换实现光电转换什么是扩散？什么是扩散？定义定义扩散是一种由热运动所引起的杂质原子和基体原子的输运过程；由于热运动，把原子从一个位置输运到另一个位置，使基体原子与杂质原子不断地相互混合，从而改变基片表面层的导电类型。特征特征浓度差别浓度差别的存在是产生扩散运动的必要条件，环境温度环境温度的高低则是决定扩散运动快慢的重要因素。扩散时间扩散时间也是扩散运动的重要因素，时间愈长，扩散浓度和深度也会增加。 扩散机制扩散机制磷在硅中的扩散机制分为空位式扩散空
5、位式扩散和替位填隙式扩散替位填隙式扩散。什么是扩散？什么是扩散？替位填隙式扩散：替位填隙式扩散：硅片像海绵一样充满着许多空隙，硅原子之间存在着很大的缝隙；当磷进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，磷原子就以替代的方式占据着硅的位置。空位式扩散：空位式扩散：在一定的温度下，构成晶体的原子围绕着自己的平衡位置不停地振动，其中总可以具有足够高的能量，克服周围原子对它的作用，离开原来的晶格位置，这样就在原来的位置上留下一个空位。当邻近的原子向空位迁移时，这种机理称为空位扩散。杂质原子Si原子晶格空位扩散的方法扩散的方法 喷涂磷酸水溶液后链式扩散喷涂磷酸水溶液后链式扩散 经处理的
6、磷酸通过涂源或超声喷雾的方法均匀地附着在硅片表面，再通过有不同温区的链式扩散炉制得p-n结。扩散时间短，易于自动化生产。 丝网印刷磷浆料后链式扩散丝网印刷磷浆料后链式扩散 三氯氧磷（三氯氧磷（POCl3）液态源扩散）液态源扩散 它是通过气体携带法将杂质源带入扩散炉内、在加热情况下下实现扩散。POCl3介绍介绍 无色透明液体，具有刺激性气味。 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，且极易挥发。升温下与水接触会反应释放出腐蚀有毒易燃气体。 POCl3液态源扩散方法具有重复性较好，工艺成熟，得到PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点。但设备和操作相对较复杂
7、，该工艺最大产能与扩散炉决定 ，生产规模较小。扩散过程及方程式扩散过程及方程式 POCl3在高温下（600）分解生成PCl5和P2O5 生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成SiO2和P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热分解时，需要O2参与才能分解充分；且PCl5不易分解，对硅片有腐蚀作用，会破坏硅片的表面状态。生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和P原子，P继续扩散；为了使POCl3充分分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用，通入一定流量的O2十分必要 。扩散设备介绍扩散设备介绍扩散设备介绍扩散设备介绍扩散设备介绍扩散设备介绍控制系统、
8、推舟净化部分、电阻加热炉体、气源系统控制系统、推舟净化部分、电阻加热炉体、气源系统 软件界面介绍软件界面介绍扩散工艺流程介绍扩散工艺流程介绍插片插片进舟进舟回温回温氧化氧化预淀预淀积积升温升温推阱推阱降温降温卸片卸片出舟出舟外观检查外观检查方阻测试方阻测试赛瑞达赛瑞达156mm多晶硅片扩散的基本参数多晶硅片扩散的基本参数时间时间/min炉尾炉尾T1T2T3T4炉口炉口T5O2L / min大大N2L / min小小N2L / min进舟进舟17TTTTT15回温氧回温氧化化10TTTTT126预沉积预沉积15TTTTT124.71.3升温升温5T+60T+60T+60T+60T+60124.7
9、1.3推阱推阱10T+60T+60T+60T+60T+60124.71.3推阱推阱18T+60T+60T+60T+60T+6027降温降温1760060060060060027出舟出舟17TTTTT15T约为约为800，炉口温度，炉口温度炉尾温度炉尾温度 氧气：氧气：对三氯氧磷进行氧化 大大N2：保护气体，防止硅片氧化；维持扩散 炉管内的气流均匀流动。 小小N2：主要将三氯氧磷吹进石英管，控制P源浓度 三氯氧磷：三氯氧磷：扩散P源，温度设置为20工艺介绍工艺介绍TCA工艺：工艺：此工艺是在更换石英管时进行的，充入氧气、氮气和三氯乙烷（TCA）对石英管进行清洗，炉温1050，有些公司也用HCl。
10、饱和工艺：饱和工艺：继TCA工艺之后，为了使五氧化二磷在系统达到饱和，减少生产时石英管壁对五氧化二磷的吸收；在不放硅片的情况下，通入小氮和氧气，使石英管吸附一定量的P源。准备阶段准备阶段工艺工艺Recipe介绍介绍 插片插片 用吸笔依次将硅片从花篮中取出，插入石英舟；用吸笔依次将硅片从花篮中取出，插入石英舟； 在扩散前禁止用手直接接触硅片，防止金属离子污染在扩散前禁止用手直接接触硅片，防止金属离子污染 ； 移动石英舟必须使用石英舟叉。移动石英舟必须使用石英舟叉。 进舟进舟将装满硅片的石英舟放在碳化硅浆上，启动程序，石英舟缓缓推入扩将装满硅片的石英舟放在碳化硅浆上，启动程序，石英舟缓缓推入扩散炉
11、腔；散炉腔；碳化硅浆退出，关闭炉门；通大氮，升温。碳化硅浆退出，关闭炉门；通大氮，升温。 回温氧化回温氧化 打开打开O2阀门，通阀门，通O2 预沉积预沉积 通小通小N2，小，小N2携三氯氧磷源进入炉腔，携三氯氧磷源进入炉腔，三氯氧磷高温分解，三氯氧磷高温分解，扩散过程开始。扩散过程开始。 升温、推阱升温、推阱1 升高温度，进一步扩散。升高温度，进一步扩散。 推阱推阱2 关闭氧气和小氮，扩散过程逐渐停止。关闭氧气和小氮，扩散过程逐渐停止。 降温、出舟降温、出舟n 继续通大氮，开始降温；当石英舟缓缓退至炉口，待降温一定时间后用继续通大氮，开始降温；当石英舟缓缓退至炉口，待降温一定时间后用舟叉从碳化
12、硅桨上取下石英舟；放上新的石英舟，进行下一轮扩散。舟叉从碳化硅桨上取下石英舟；放上新的石英舟，进行下一轮扩散。扩散工序的质量指标扩散工序的质量指标 方阻的大小和均匀性（片内极差）方阻的大小和均匀性（片内极差） 多晶：605/ （B栋）； 653/（C栋） 单晶：454/ 片内极差小于15 方阻太大，可进行二次扩散；方阻太小，需返工，工艺为：二次清洗制绒扩散。 硅片外观硅片外观 检查硅片表面颜色是否均匀、异常，边缘出现蓝色块、滴痕、小黑点、小蓝点为不合格，主要为偏磷酸片，可集中进行返 工。 偏磷酸污染片偏磷酸污染片方阻测试仪器方阻测试仪器 RTS-4四探针电阻测试仪四探针电阻测试仪 (A栋栋)全
13、自动四探针电阻测试仪，全自动四探针电阻测试仪，CRESBOX 公司公司 (C栋栋) RTS-4四探针电阻测试仪需在暗环境下测试，一次只能测一点的方阻值； 全自动四探针电阻测试仪可在开放环境下测试，一次能测出5个点的方阻值并计算出出平均值和极差；测试迅速，结果的可靠性好 。方阻测试原理图方阻测试原理图 将位于同一直线上的4个小探针置于一平坦的硅片上(硅片尺寸相对于4点探针，可视为无穷大)； 施加直流电流于外侧的2个探针上； 内侧2个探针间的电压差(U)可测量，以计算硅片的方阻。 硅片的电阻率有显著的温度系数，故测试温度要一致，温度变化要进行校正； 通入的电流必须小到不会引起电阻加热效应。考虑一块
14、长为l、宽为a、厚为b的薄扩散层如右图。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（即为正方形）时，R= /b。可见，（/b）代表一个方块的电阻，故称为方块电阻，特记为R= /b(/)又=2S(U/I) S为两探针之间的距离经推断，=4.5324b(U/I）即 R=4.5324b(U/I)扩散工艺的影响因素扩散工艺的影响因素 N2流量流量 大N2 大N2可维持扩散炉管内的气流均匀性，大N2流量越大，管内气流运动越迅速，气体越均匀，有利于扩散的进行。 小N2 小N2流量影响进入石英管P源的量，流量越大磷源越多，会使参杂浓度变大，方阻下降。2.O2流量流量3. 在一定范围内增大O2流量
15、有利于POCl3分解，扩散更充分。3. 扩散时间扩散时间 其他因素不变的情况下，扩散时间越长，扩散进行越充分，方阻变小 。4.扩散温度扩散温度 温度影响结深，温度越高p-n结越深，方阻越小；对于多晶，温度上升1，方阻下降1/，对于单晶，温度上升1，方阻下降0.67 / ；温度太高，扩散难于控制。5. POCl3温度温度 POCl3温度一般为20；三氯氧磷极易挥发，源温过高会加大小N2所携带三氯氧磷的量，从而影响掺杂浓度 。6. 排风效果排风效果 风压不够会使尾气排出受堵，使P源及其他气体进入石英管不畅，影响方阻大小，容易在硅片表面形成亚磷酸滴痕。要定时检查排气系统，保持其稳定性。 常见问题常见
16、问题 方阻异常方阻异常 偏大偏大原因：原因：可能为扩散温度偏低、P源不够、石英管未做饱和工艺、炉子密 封性不好； 措施措施：加大小氮及氧气流量，延长扩散时间，提高扩散温度。 偏小偏小 原因：原因：可能为扩散温度偏高， P源温度偏高，扩散时间过长； 措施措施：降低扩散温度及P源温度，减少扩散时间。 不均匀不均匀(片内极差大片内极差大) 原因：原因：炉管气流不均匀 措施措施：调整扩散气流量，如大氮流量。2. 外观异常外观异常 出现偏磷酸片等出现偏磷酸片等 原因：原因：炉管、石英舟等污染；检查排风系统不正常；废液瓶的液位过高等；制绒时的叠片。 措施：措施：定时用氢氟酸和盐酸清洗石英舟；保持排风系统稳
17、定；废液瓶的液位超过标记时及时倒掉；检查制绒工艺参数，防止出现叠片。磷扩散注意事项磷扩散注意事项1. 所有工夹具必须保持干净的状态，包括吸笔、石英舟、石英舟叉、碳所有工夹具必须保持干净的状态，包括吸笔、石英舟、石英舟叉、碳化硅桨。石英舟应放置在铺有清洗干净钢化玻璃的桌子上。碳化硅桨化硅桨。石英舟应放置在铺有清洗干净钢化玻璃的桌子上。碳化硅桨暴露在空气中的时间应做到越短越好。暴露在空气中的时间应做到越短越好。2. 插片时要保持硅片制绒面朝向炉管尾部。插片时要保持硅片制绒面朝向炉管尾部。3. 废液瓶的液面超过标记处要及时清理。废液瓶的液面超过标记处要及时清理。4. 卸片时要注意观察是否有隐裂片和偏磷酸片，要及时测试硅片方阻。卸片时要注意观察是否有隐裂片和偏磷酸片，要及时测试硅片方阻。4.4.5. 5. 一旦发现三氯氧磷泄露，操作人员迅速脱离现场至空气新鲜处，一旦发现三氯氧磷泄露，操作人员迅速脱离现场至空气新鲜处，由专业人员对事故进行处理。由专业人员对事故进行处理。
