变温扩散工艺实验报告.pptx

党纪东 王 虎 2010-7-19日 变温扩散工艺实验报告 整理人 王永伟 2010年11月24日 内 容 概 述 定义分凝系数k为： 1.在高温恒温扩散情况下，金属杂质沉淀溶解的速率加快，但在多晶硅衬底里和在重磷扩散的区域内的分凝系数差别不大，使得溶解的杂质不能被全部有效地分凝吸杂到重磷扩散的区域，且此时复合体扩散系数比磷原子扩散系数大，导致多晶硅体内的金属杂质重新形成更高密度的复合中心。另一方面，长时间的恒温过程引起的平衡偏聚使得溶质原子浓度分布不均，导致扩散均匀性较差。 2.在变温扩散工艺中，采取先低温（760℃左右）、再高温（850℃左右）、再低温（760℃左右）的扩散方式。第一步扩散是低温慢扩散，此时k＞＞1，磷原子会堆积在硅片表面，此时晶界扩散起主要作用，杂质原子会通过晶界和位错“管道”逸出；第二步高温扩散，使磷原子穿透SiO2层的速率更快，此时硅中许多杂质会逸出，可以快速有效的溶解金属沉淀或金属复合体，使杂 质原子从不同的形态变为可以快速移动的间隙原子 ，杂质原子以间隙形式进行扩散，造成杂质的耗尽，在此升温过程中，磷原子在晶界的平衡偏聚随温度的升高而迅速降低，趋向于消失状态，但此高温下，在多晶硅衬底和在重磷扩散区域内的分凝系数差别不大；最后一步低温扩散增加了吸杂的驱动力（杂质原子在吸杂区域的分凝），此时金属杂质在不同区域的分凝系 数相差很大，降温过程中产生的过饱和空位在降温过程中和低温状态下消失于晶界处，复合体也在晶界附近解体，使磷原子留在晶界附近区域，可以显著改善材料的性能，此步骤和后续的变温降温再分布过程将使结的均匀性和平整性得到改善。 1.目前正常工艺设置情况 方块控制：60~68 正常工艺ECV测试结果及分析 从ECV测试情况看，正常工艺扩散后，结深一般大于0.40um左右，且表面浓度较大，一般在2.0e21/ cm3 以上。 2.高温 低温扩散工艺设置情况 注：整个工艺运行时间比正常工艺增加5分钟左右。 扩散步（Step6、Step7）相关设置： 高温 低温扩散ECV测试结果及分析 从ECV测试情况看，经先高温、再低温扩散后，结深可以达到0.35um左右，但表面浓度较大，达到2.50e21/ cm3 以上。 3.低温 高温 低温扩散工艺设置情况 注：整个工艺运行时间比正常工艺增加5分钟左右。 扩散步（Step6、Step8、Step9）相关设置： 低温 高温 低温扩散ECV测试结果及分析 从ECV测试情况看，经先低温、再高温、再低温扩散后，结深可以达到0.30um左右，表面浓度较小，在1.50e21/ cm3 左右。 在变温扩散实验过程中，主要利用了氧气增强磷原子扩散和氮气抑制磷原子扩散的机理，对各扩散步及推进步进行时间和气体流量的适当配置，使实验达到预期的效果。 以下是实验片与正常片ECV测试对比及分析 实验片与正常片ECV测试对比 正常片 实验片 目前我们扩散的结深和掺杂浓度分布接近于余误差分布。从ECV扫描情况看，正常片表面浓度一般在2.0e21/ cm3 以上，结深一般大于0.40um；而变温扩散的实验片，表面磷浓度可控制在1.50e21/ cm3以下，结深约为0.30um。 方块电阻控制在60~65之间，均匀性较好，单片不均匀度一般在5%以内，整管不均匀度一般在4%以内。 从ECV测试对比看，在0~0.05um范围内，实验片浓度梯度较正常片大，因此扩散掺杂总量较少，但结区有效掺杂较多，所以少子寿命和接触电势差应有所提高，因而对Voc和Isc有积极的贡献，但在一定程度上会增加Rs和损失FF，且不利于烧结，所以需要对烧结进行必要的匹配调节。 实验片与正常片QE测试对比 采用同一片源和批次的P156 进行QE测试。 图中蓝、红、绿是实验片，其它是正常片。 从QE测试上可以看出：在前波段（350nm ~700nm），实验片对光谱的响应要优于正 常片。这与浅结减少了表面复合和顶区复合的损失，从而增加顶区的高能光谱响应是一致的。 日期 硅片 对 比 情 况 效率提升 11月 09日 实验片 正常片 11月 10日 实验片 正常片 11月 11日 实验片 正常片 11月 12日 实验片 正常片 实验跟踪情况如下 0.11% 0.10% 0.16% 0.14% 日期 硅片 对 比 情 况 效率提升 11月 13日 实验片 正常片 11月 15日 实验片 正常片 11月 16日 实验片 正常片 0.03% 0.14% 0.08% 从整体情况来看，变温扩散工艺较正常工艺效率上有0.10%左右的提升。从跟踪情况看，Voc和Isc表现较好，FF和Rs表现一般，这与ECV测试结果一致