扩散介绍.ppt

扩散方法 三氯氧磷（POCL3） 一般性质：又称磷酸氯，氧氯化磷。无色透明的液体，相对密度1.675，熔点1.25℃。沸点105.3℃。蒸气压高（40.5℃下约105Pa），挥发性强，具有刺激性气味，蒸汽有毒，其液体对皮肤有刺激性。 化学反应方程式 与扩散过程相关的化学反应方程式如下： 注意事项： 三氯氧磷极易水解： 因此在潮湿的空气中，因水解而有酸雾形成的烟。水解产生的氯化氢，溶于源中会是源瓶变成淡黄色。故扩散系统不使用时，所有的阀门要关闭良好，扩散时，通入的气体要充分干燥。 当系统干燥不够时，还会发生如下反应： 反应生成的偏磷酸是一种白色粘滞性液体，对硅片表面有腐蚀作用，并使石英组件粘在管道上不易拉出。 扩散时通入的氧气量要适中，太多则硅片表面氧化层过厚，扩散表面浓度上不去，量太少，则会发生如下的热分解反应：生成的五氯化磷能腐蚀硅片，破坏硅片的表面。 三氯氧磷对气体管道有腐蚀作用，故携带源蒸气的管道要采用腐蚀材料，如特种不锈钢、聚四氟乙烯管、聚乙烯管等。 三氯氧磷及其生成物均有毒，对皮肤有刺激性，故装源换源是应在通风柜内进行，注意排毒排风。 扩散条件选择 扩散质量检验 扩散均匀性的有关问题 由于光伏工业产量大的特点，提高单炉装片量，保证批量扩散产品质量参数的一致，具有重要的意义。但掺杂剂在半导体中的扩散过程是一个复杂的物理过程，很难实现在线定量控制，只能用近似的数学模型进行估算。 扩散过程中，任一条件的细微变化，都会引起扩散杂质分布的变化。扩散硅片的质量参数在单片内、片与片之间、各炉之间存在差异是绝对的，问题是如何控制它，使它落在预定的范围内。 扩散均匀性的有关问题 影响扩散均匀性的原因 扩散设备 * 扩散介绍 公司采用的磷扩散方法为： POCl3液态源磷扩散； 过程描述： 用保护性气体（氮气）通过恒温的液态源瓶（鼓泡或吹过表面），把杂质源蒸汽带入高温扩散炉中，经高温热分解同硅片表面反应，还原出杂质原子，并向硅片内扩散。 POCl3在常温时就有很高的饱和蒸汽压，对制作高表面浓度的发射区扩散很适用。 设备 管式扩散炉 O2 N2 L-N2 源瓶 收集瓶 800 五氯化磷是一种难于分解的物质。如果它附着在硅片和扩散炉石英管表面，会腐蚀硅片和石英管。因此在扩散时，要尽量消除五氯化磷的产生。具体做法是在扩散时，同时通入足量的氧气，使五氯化磷氧化分解成五氧化二磷和氯气。 所生成的磷原子扩散进入硅内部，形成N型杂质分布。产生的氯气随尾气排出，经过液封瓶吸收后再放空进入大气中。 另一种扩散机理 高温下，存在有少量氧气时，三氯氧磷被分解： 分解产生的五氧化二磷的双聚分子P4O10作为杂质源与硅作用： 使用方法： 采用液态源扩散法。由于源的蒸气压高，通常将源瓶置于水浴中，扩散时采用两股氮气，一股氧气，其中小的氮气通过源瓶鼓泡携带源进入石英管，大股氮气和氧气则直接进入石英管。所有的气体均需进行纯化、干燥处理。所使用的系统，扩散前经过饱和处理。通源结束后，小股氮气的阀门关闭，继续同大股氮气和氧气数分钟，其目的在于推进结深，使沉积于硅片表面的磷活化，并使炉管中残留的磷源蒸汽排出。 扩散条件的选择 影响扩散层质量的因素很多。而这些因素之间又都存在着相互影响关系。因此，只有全面地正确分析各种因素的作用和相互影响，才能使所选择的工艺条件真正达到预期的目的。不过，扩散条件的选择，主要是杂质源、扩散温度和扩散时间三个方面。选择这些条件应遵循以下原则： a.能否达到设计参数及质量要求； b.能否易于控制，均匀性和重复是否好； c.对操作人员及环境有无毒害； d.好的经济效益。 表面质量检验 有无色斑，合金点，表面均匀等 方块电阻 用RS或R□来表示 ，用四探针可以方便测试。 RS的数值就直接反映了扩散后在硅片内的杂质量的多少 。 表面浓度 采用现代仪器分析技术可以直接测量，但测量费用价格昂贵，费时较长。因此，在生产实践中，通常采用工程图解法和计算法间接得到表面杂质浓度的数值。 结深的检验 对于太阳电池来说，其结构要求采用浅结，传统的磨角染色发、滚槽法很难测量，常用的测试方法为阳极氧化去层法 扩散炉温度分布与硅片进出炉时间的影响，扩散炉一般存在一定长度的恒温区，对于装片量小时，扩散过程对前后片影响很小。但是在装片量大时，由于进出炉速度要考虑到硅片升降温时热胀冷缩应力的限制，硅片内部和硅片之间的热应力会使硅片产生弯曲和缺陷，因此进出舟的速度不能太快。实际上靠近进气口一端的硅片与炉口一端的硅片之间总是存在先进后出、后进先出的时间差距（图1）。另一方面，炉口一端由于受冷硅片干扰的时间最长，炉温恢复时间最长。这就形成同一炉硅片之间扩散温度和时间之