2.3 电池制造工艺 扩散.ppt

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 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）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： POCl3扩散过程中通氧气的原因？ 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含氧扩散原理？ 在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为： 磷扩散工艺过程？ 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。 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