扩散设备介绍

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高温扩散设备的典型故障
• 气路无流量显示
1、查看可能的报警，并按报警信息采取正确措施。 2、确认气路外围进气供应正常。 3、确认气路的减压阀和手动阀已打开。 4、确认电路有+-15V电压电源信号。 5、确认电路线路接线良好，固态继电器可正常工作。 6、确认采用气动阀时，其压缩空气压力是否足够。 7、检查计算机控制板卡及转接线，若有必要进行返修。
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高温扩散设备简介
• 电阻加热炉体部分
电阻加热炉体部分也细分三部分，顶层部分配置水冷散热器及排热风扇 ，废弃室顶部设有抽风口，与外接负压抽风管道连接后，可将工艺过程残余 气体带走。 中间部分为加热炉体部分， 配置炉管、控温热电偶、超温 保护热电偶。 炉柜的底层安装有加热炉 的功率部件（可控硅、散热器、 接触器、变压器、可控硅过零 触发器等）及散热风机。
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高温扩散设备简介
• 闭管扩散炉整体图
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高温扩散设备简介
• 控制部分： 控制部分：
位于控制柜的计算机控制系统分布在各个层面，而每个层面的控制系统都是相 对的独立部分，每层控制对应层的推舟、炉温及气路部分，是扩散/氧化系统的控 制中心。 在每层相应的前面板上， 左侧分布15寸触摸屏，右侧 分布状态指示灯、报警器、 急停开关和控制开关。
• • 触摸屏操作界面可对气源状况、推舟动作、阀门动作进行控制和观察。 触摸屏界面
还可显示温度状 况、报警信息、 流量曲线、工艺 运行状况和工艺 参数设定等。
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高温扩散设备的注意事项
• 扩散炉管运行时为高温状态，因此操作维护时要注意带防护用具。 • 源气体中POCl3是有毒气体，在每次维护保养时须确定关闭气源。 • 扩散设备中有很多石英制品，在维护保养时也要轻拿轻放。 • 炉管在清洗时，可根据炉管的洁净程度配比相应的HF和HCL浓度和浸 泡时间（较难清洗时可适当延长浸泡时间）。 • 在炉管和SiC浆的安装时，要注意SiC浆的位置保持在炉管正确位置， 试走舟时均流板等要与炉管保持一段距离为佳。 • PClO3极易水解，在潮湿的空气中，因水解产生酸雾，水解生的HCl 溶于源中会使源变成淡黄色，此时须换源。 • 工艺生成物HPO3是一种白色粘滞性液体，对硅片有腐蚀作用，并会 使石英舟粘在管道上不易拉出。
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安全
• 设备的安全使用 1 、设备外壳一定要有良好的接地。 2 、出现故障时必须先切断电源再分步检查，严禁在未弄清故障原因的情况下 带电检测。 3 、当系统出现报警时，必须在彻底排除故障后，方可重新开机。 4 、运行工艺过程中，炉口废气室及源柜的排气口，一定要与排风系统相通， 保证抽气排毒畅通。 5 、对超温保护系统应作定期检查，看是否工作可靠。如果晚上设置自动保温 ，要求设置的最高报警温度小于1120℃，在进入自动保温前应先测试一下 超温保护系统是否灵敏可靠。 6、扩散源部分出现故障时，应先关闭相应气路的手动阀，并暂停工艺运行； 待确已排除故障后才能继续进行下面的扩散工艺。 7 、液态源外溢了，要立即清理干净，并暂停工艺运行，仔细检查源瓶是否有 破损。
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高温扩散设备的工艺流程
• 扩散闭管的工艺流程
装片进舟
回温氧化
预淀积
升温
出舟卸片
降温推阱
扩散步
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高温扩散设备简介
• 高温扩散设备的总体结构 高温扩散设备的总体结构分为四大部分：控制部分、推舟净化部分、电阻 加热炉体部分、气源部分。
高温扩散设备介绍 高温扩散设备介绍
前段设备： 前段设备：裴文龙
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概述
• 该设备主要用于156和125电池片制造中的扩散工艺；也可用于半导体器件 制造中的扩散、氧化、退火及合金工艺，同时还适用于对其他材料的特殊 温度处理。 • 该设备由计算机控制，各部分软、硬件联锁；操作部分采用触摸屏技术， 工艺参数的设置及运行均可在触摸屏上直接进行。
热电偶
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高温扩散设备简介
• 气源部分
气源柜顶部设置有排毒口，用以排除在换源过程中泄露的有害气体。 柜顶设置有三路工艺气体及一路CDA的进气接口，接口以下安装有减压阀、截 止阀，用以对进气压力进行控制及调节。对应于气路，分别装有相应的电磁阀、气 动阀、过滤器、单向阀、MFC及源瓶冷阱等。 柜子底部装有MFC电源、控制开关、保险等电路转接板及设备总电源进线转 接板。
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高温扩散设备的工艺原理
• 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： > 600° C
5POCl → 3PCl + P O
3 5 25ຫໍສະໝຸດ •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：
2P O + 5Si = 5SiO + 4P ↓
2 5 2
•
由上面反应式可以看出，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：
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• 在控制柜每层相应的后面板上，放置有工控计算机、外置控制板卡二块（ 固态继电器载板）及两个RKC-CH402控温温控仪、一个F400控温温控仪 、三个保护温控仪表，分别对应控制和保护炉体的左、中、右三段温度。
温控仪表
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高温扩散设备的典型故障
• 扩散炉温显示失控
1、查看可能的报警，并按报警信息采取正确措施。 2、查看温控仪的参数，确认参数设置正确。 3、查看炉温的控制电路，确认电路线路接线完好。 4、查看热电偶和补偿导线，确认热电偶或补偿导线接线没有接反。 5、查看热电偶和补偿导线，确认热电偶或补偿导线没有短路。 6、查看线路中的可控硅，确认可控硅是否短路，若有必要进行更换。
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高温扩散设备的安装条件
• 工作条件要求 供电：三相五线制；单台(4管)总功率≤140KVA。 供水：3／4“管供自来水，水压0.1～0.3MPa，冷却用；去离子水，清洗 及工艺用。 供气：N2、O2 、压缩空气，进气压力0.3～0.6Mpa，工艺气体（POCL3) 纯度99.99% 。 气源柜、废气室、净化台顶部均应接入排毒、排气管道。
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• 气源部分
CDA O2 大N2 小N2
上管气路（其他管相同）
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• 气源进气图 气源进气图（O2、小N2、大N2、CDA）
减压阀
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推舟控制电路
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• 推舟净化部分： 推舟净化部分：
• 推舟净化柜的顶部装有照明灯；正面是水平层流的高效过滤器及推舟的丝杠、导轨 副传动系统及SiC悬臂浆座，丝杠的右端安装有 驱动步进电机，导轨两端是限位开关。
步进电机
限位开关
净化系统
极限保护开关
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高温扩散设备的典型故障
• 推舟部分舟不能正常进出舟
1、查看可能的报警，并按报警信息采取正确措施。 2、确认面板上的急停开关处于拉出状态。 3、确认限位开关是否离活动金属触块太远或是否损坏，若有必要调整其位置 或进行更换。 4、确认推舟电路的保险丝是否正常，若有必要进行更换。 5、确认推舟电路线路接线完好。 6、确认推舟电路的计算机控制板卡是否正常，若有必要进行返修或更换。
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高温扩散设备的典型故障
• 触摸屏显示大 或小N2、干O2流量不准确 触摸屏显示大N2或小 、 或小 流量不准确
1、查看可能的报警信息，并按报警信息采取正确措施。 2、确认外围气体供应正常。 3、确认气体进气阀门正常开启，并且压力在正常范围。 4、确认MFC的数据线连接完好，数据线路传输正常。 5、确认MFC本身是否工作正常，若有必要进行返修或更换。 6、确认工控机的控制板卡是否工作正常，若有必要进行返修或更换。
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• 气源气路
气动阀
电磁阀
O2 MFC
小N2 MFC
大N2 MFC
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• 闭管的炉体尾部气路
尾气液收集瓶 尾气排放管道 恒温槽
气源进气口
炉体尾气管
热电偶管
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高温扩散设备的操作界面
固态继电器载板
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• 计算机控制框图
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高温扩散设备简介
• 在控制柜的底层，安装有控制系统中的推舟控制装置、保护电路及电路转 接控制板，前盖板上三相电源指示灯及照明、净化、抽风开关等。
前盖板
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高温扩散设备的典型故障
• 系统显示超温报警并自动切断加热电流
1、查看报警信息，并按报警信息采取正确措施。 2、确认温度设定值不低于正常使用值。 3、确认热电偶是否存在开路故障，若有必要进行更换。 4、确认可控硅是否烧坏短路，若有必要进行更换。 5、确认可控硅的触发器是否工作正常，若有必要进行更换。
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高温扩散设备的工艺原理
• 扩散的目的：形成PN结 扩散的目的：
• 扩散采用的方法：三氯氧磷（POCl3）液态源扩散 扩散采用的方法： • POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到PN结均匀、平整和扩散层 表面良好等优点，这对于制作具有大面积结的太阳电池是非常重要的。
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高温扩散设备的典型故障
• 炉子不升温 1、查看报警信息，并按报警信息采取正确措施。 2、确认炉体加热按钮是否打开 3、确认功率部件上保险（100A）是否烧坏，进行更换 4、确认触发器上保险（0.25A）是否烧坏，进行更换 5、确认可控硅是否开路，进行更换 6、确认炉体加热丝是否断，进行更换 7、确认是否为可控硅触发器电源故障，检查触发器+15V电源
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高温扩散设备的工艺原理
• 扩散的工艺原理
• 制造 结原理：实质上就是想办法使受主杂质(P型)，在半导体晶体内的 制造PN结原理： 结原理 一个区域中占优势，而使施主杂质(N型)在半导体内的另外一个区域中占优 势，这样就在一块完整的半导体晶体中实现了P型和N型半导体的接触，而 此时半导体晶体内部就形成PN结。 • 利用磷原子(N型) 向晶硅片(P型)内部扩散的方法，改变晶硅片表面层的导 电类型，从而形成PN结。这就是用POCl3液态源扩散法制造 液态源扩散法制造P-N结的基本 结的基本 原理。 原理 • 影响扩散的因素：浓度差别的存在是产生扩散运动的必要条件，环境温度 影响扩散的因素： 的高低则是决定扩散运动快慢的重要因素，而扩散时间则是决定扩散的浓 度和深度的影响因素。
2 4PCl + 5O → 2P O + 10Cl ↑
5 2 2 5 2
过量O
•
生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，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 。由此可见，在磷扩散时，为了促使 在磷扩散时， 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 对硅片表面的腐蚀作用， 充分的分解和避免 量的氧气 。