光伏电池制备工艺项目三-扩散(课堂PPT)

导致的喷源，造成人员伤害）。
❖ 10）实际流量和设定值一致后，把流量设定为扩散时 的流量，再隔着玻璃看源瓶是否漏源。
❖
11）如果实际流量和设定值一致，把小氮设为零，在
PLC控制面板上关小氮进气电磁阀，关小氮出气电磁阀。
❖
12）把大氮电磁阀打开，大氮设为25000。
❖
13）检查恒温槽中纯水量是否达到恒温槽容积的2/3。
注意：
1）装片过程轻拿轻放；
2）装片过程发现来片有破损，应及时作好记录，将碎片分
类放在指定盒子里；
3）如有绒面不良的硅片需及时将情况反应给清洗组长，并
将硅片隔离。
4）装完一个批次，核对硅片数量是否与流程卡上一致；
5）上下舟人员每次放舟时应观察舟托是否偏移，并确保进
出舟过程安全后方可离开。
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6、扩散
3） 最后让程序空走2次（通源，不放硅片）。
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5、装片
❖
1）操作员坐在凳子上，用吸笔将硅片从花篮里面取片
并插入石英舟里（一槽插一片或两片）；
❖
2）将多晶硅片的发亮面朝向炉门（右边）。装片过程
中如发现来片有破损时应及时做好记录，同时将碎片分类放
入指定的盒子内，统一处理。如有绒面不良的硅片需及时将
情况反应给清洗组长，并将硅片隔离。
❖ ② 关机（扩散炉需要维修或者长期不用时）
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注意事项
❖ 1）员工进入扩散间之前必须进行风淋，同时着装必须满足 扩散间要求。
❖ 2）扩散装片和取片，严禁用手直接接触所有石英器件；所 有的石英器具都必须轻拿轻放。
❖ 3）保持工装夹具和超净台的清洁；扩散间需要使用专用清 洁工具，每天进行打扫。
❖ 4） 物品和工具定点放置，用过的工具要放回原位，严禁乱 放
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石英管清洗机 2 石英管清洗
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2 石英管清洗wk.baidu.com
石英管清洗机控制面板
控制面板由开关.电 源按钮.急停和操作 面板组成。开机时 先开总电源，再按 电源开关。关机时 先按电源开关，再 关总电源。遇到紧 急情况时按急停按 钮，记住复位。
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石英管清洗机控制面板操作方法
JO-1腐蚀槽进水 J1-1清洗槽进水 C0-1腐蚀槽排水 C1-1清洗槽排水 DO-1腐蚀槽转动 D1-1清洗槽转动 前：机械臂移动到腐蚀槽 中：机械臂停止 后：机械臂移动到清洗槽
（SiO2）和磷原子，其反应式如下：
2O P 5S 5iS i4O P
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2
❖
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 。
v POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅 反应生成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 。
❖ ④平抬起舟叉，朝上倾斜三十度（如图），将装载有硅片 的石英舟从碳化硅桨上面取下放到净化台上；
❖ ⑤ 并将下一批待扩散的硅片装入扩散炉中。
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8 取片
❖ ① 操作员戴上橡胶手套或指套，口罩。 ②单晶取片方式：单手拿住硅片两边进行卸片，正面（扩散 面）朝上放置。 。 ③多晶取片方式：双手握住硅片的两边，将硅片从石英槽内 取出，及时放入泡沫盒内 ，每次卸片应控制在十片以内 。
① 在屏幕上选择扩散要求的参数组； ② 扩散工艺参数设定： ③ 按“运行”键（按的时间稍微长些， 直到运行开关亮起）开始扩散；
扩散的参数
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（2）扩散炉中的程序
注意：扩散运行时，由专人负责监视开关、流量和温度的状 态以及机械手的进出，如有撞舟等特殊情况发生时，需立即 按下急停按钮，及时通知工序长或工程师处理；
❖ 4）把源瓶放入恒温槽（一般20℃左右），水位离源瓶 顶部1CM左右水位，确定装源瓶时不能带入纸屑等杂物（包
括贴在源瓶上的标签），以防把恒温槽循环泵的进出水口堵 塞，把进气管和出气管接好。
❖ 5）先在PLC控制面板上把小氮出气的电磁阀打开，把 源瓶出气阀慢慢的拧开，目的释放瓶内压力。
❖ 6）然后在PLC控制面板上把小氮进气的电磁阀打开， 设定小氮流量（500）。
查一下管子的位置，谨防破裂
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石英管清洗
❖ 8) 1~1.5小时后将管子取出，放入清水槽中漂洗 ❖ 9) 先提高管尾，将管中HF倒出 ❖ 10) 再提高管口，将热偶管中HF倒出 ❖ 11) 排水，用水枪反复冲洗管子的内外壁 ❖ 12) 用氮气枪将管子吹干（吹时保持管子的旋转状态） ❖ 13) 关闭清洗机电源 ❖ 14) 将管子装入纸盒中备用 ❖ 15) 将盖板全部盖好 ❖ 16) 打扫卫生，保持洁净
太阳电池磷扩散方法
１．三氯氧磷（POCl3）液态源扩散 ２．喷涂磷酸水溶液后链式扩散 ３．丝网印刷磷浆料后链式扩散 目前多采用的是第一种方法。
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二、扩散
❖ 扩散的目的：1、在p型晶体硅上进行n型扩散，形成p-n结 ，它是半导体器件工作的“心脏” 。 2、通过扩散磷工艺，形成外吸杂。 需要强调指出，p-n结是不能简单地用两块不同类型
开始
扩散
放舟 升温
氧化
深扩散 取舟
恒温
方块电阻测量
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7 取舟
❖ ① 程序运行完毕后，炉门自动打开，悬臂桨自动将石英舟 从扩散炉中取出；
❖ ② 等悬臂桨运行停止后，操作员戴上橡胶手套或者棉手套， 口罩；将带石英板的搪瓷盘放在碳化硅桨下面。
❖ ③ 两手各拿一根舟叉，尖头在前，插入石英舟的两端的孔 内；
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（2）更换源瓶（一般60-70批次换源）
❖ 1）换源前，作业员将工控机里是工艺次数记入《换源记录表》，并
清零
❖
2）操作员带上橡胶手套和口罩、头罩（安全眼镜），另有一人监
督。
❖
3）在扩散间内，打开源瓶的包装箱，小心的取出源瓶。注意源瓶
内部两根管子的长度（玻璃长管子为进气口如下图1，接口处粗管为出
❖ 3）把一个批次硅片装入石英舟内，并排放整齐，等待
装舟。
发亮面
朝向炉
门
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❖ 3）把一个批次硅片装入一个石 英舟内（一般一个石英舟能装100片 硅片），并排放整齐，等待装舟。
❖ 4）两手抬起舟叉，同时确保舟 叉上翘30度，把石英舟小心地放上 碳化硅桨上面的石英舟托上 。
❖ 5）戴好防护用品，检查源瓶液 位。
❖
7）把源瓶进气阀慢慢的拧开，不用眼睛看，手可以感
觉到冒泡引起的震动（注意换源时重点保护的是眼睛），慢
慢拧到全开。
❖
8）把电源柜门关上。
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❖
9）看PLC上实际流量是否达到设定值，如果一致，
再设定小氮流量，增大到扩散时小氮流量值的一半，流量
稳定且达到设定值后，再隔着玻璃看源瓶是否漏源（注意
未稳定前不能直接看源瓶是否漏源，以免流量增大时可能
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任务三 石英管的拆装与清洗
❖ 1 石英管的拆装流程 ❖ 2 石英管清洗
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炉尾
炉尾挡板的工拆艺气 卸必须要两人一体起进气 操作。一人负责固管
定住挡板，另外一
人负责拧螺丝。以
防挡板掉下砸断进 气石英管和尾气管。
石英炉 管
尾气管 放置口
Paddle TC放置
口28
1 石英管的拆装流程
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❖ ④ 关闭进气阀，把槽中的溶液抽到另一个槽中。
❖
⑤ 打开纯水阀，让纯水完全淹没石英器件，再关闭纯
水阀，打开进气阀，让它轻度的鼓泡；持续5分钟。
❖ ⑥ 关闭进气阀，排水，放水，充气，多次循环清洗后，用 电阻率仪测量清洗后水的电阻率，直到清洗后水的电阻率大 于2MΩ.CM。
❖ ⑦ 打开排液阀门，把水排掉，氮气吹干，戴上橡胶手套， 取出石英器件，然后将石英器件拿到扩散间。
（p型和n型）的半导体接触在一起就能形成的。要制造一 个p-n结，必须使一块完整的半导体晶体的一部分是P型区 域，另一部分是n型区域。也就是在晶体内部实现p型和n 型半导体的接触。
N
P
2
工作间
扩散间
3 3
扩散气氛场结构示意图
4
常用扩散的液态源——三氯氧磷（POCl3）
POCl3 性质
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。 ❖ 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。
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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：
5P O 6 0 C C 03lP P C Ol
3
5
7
任务二 扩散工艺操作流程
一、工艺、质量要求
❖ 1 扩散后硅片表面呈咖啡色，颜色均匀；
❖ 2 表面清洁，无染色，无明显斑迹；
❖ 3 单晶薄层电阻在50～60Ω/□之间；
❖ 多晶薄层电阻在55～65Ω/□之间，单片方块电阻控制在正 负5Ω/□以内；
❖ 4 P-N结深为0.2～0.4µm
方块电阻，简称方阻，指一个 正方形的薄膜导电材料边到边之 间的电阻。其值与薄膜的电阻率、 厚度有关
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2 石英管清洗
❖ 1) 石英管清洗槽的清洗 ❖ 2) 领取所需化学品（HF） ❖ 3) 戴好防毒面具和长乳胶手套进行配液 ❖ 4) 将石英管运至清洗机边（使用纸盒包装内充海绵） ❖ 将石英管放入HF槽中 ❖ （三人操作，尾端先放入，注意不要碰断进气管和热偶管） ❖ 6) 加水稀释至液位淹没进气管为止 ; ❖ 7) 打开启动按钮使石英管转动进行清洗,间隔15~20分钟检
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3 开机
打开扩散炉设备电源，启动扩散控制程序，缓慢升 温。在手动操作下，检查设备正常情况下是否正常运转， 设备正常时悬臂浆处于原点，正在等待装满的石英舟正常 运行状态。
4 石英管进源
1）安装好石英管和碳化硅桨后，把清洗后的石英舟 放在桨上，送入炉管。
2） 先在150℃ 条件下保温4小时，然后在400℃条 件下保温2小时。
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3. 安装石英管
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任务四 扩散工艺要求及常见问题分析
1. 方阻
方阻就是方块电阻，又称面电阻。指一个正方形的
薄膜导电材料边到边之间的电阻用Rs或R口表示。如图
所示：
❖
即B边到C边的电阻值。方块电阻有一个特性，即
任意大小的正方形边到边的电阻都是一样的，不管边长
是1m还是0.1m ,它们的方阻都是一样的。
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金属导体的电阻公式 R=ρl /s，与之类似， 薄层电阻的大小为： R口=ρl / at，如右图： 当l=a即为一个方块时： R口=ρ/t
v 这样，方阻仅与导电膜的厚度、电阻率等因素有 关。
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利用方阻监控扩散
深 —方阻 小
❖ 扩散深度，会影响电性能参数 浅 —方阻 大
❖ 扩散深度无法测量，所以只能通过测方阻来大概反映扩 散深度和扩散浓度。
气管，细管为进气管如图2，确定进气口和出气口然后将源瓶接好（注
意：搬运源瓶时，要非常小心，以防打碎源瓶，如有源从源瓶中流出，
将非常危险，在这种情况下马上要求所有车间人员紧急撤离到室外，待
室外制定通风排毒计划后可以带防毒面具实施计划）。
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❖ 3）把进气、出气阀拧紧，源瓶小心放回包装箱，搬到 扩散间准备装源。
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❖ 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：
4P 5 CO l过 2 量 2O O P 10 Cl
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2
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2
❖ 在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：
4 P O C l3 5 O 2 2 P 2 O 5 6 C l2
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❖
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅
发暗 面朝 上
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❖ 9、测方块电阻（方阻测试员）
取炉口、炉中、炉尾各两片（或每舟取5片，同一批次 取10片），测其硅片发暗面的四个角及中间的方阻并将数值 记录在电脑上。 注意：不合格的扩散片，需及时隔离，返回清洗，统一返工。
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10 扩散炉保温和关机
❖ ① 在无生产任务时，扩散炉应处于保温状态，将扩散炉的 温度设定为400℃（600 ℃ ）保温。
7 取舟 8 取片 9 测试方阻 10 扩散炉保温和关机
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1、准备工作
（1）石英器件、悬臂浆的清洗
❖ ① 戴上橡胶手套和口罩。
❖ ② 对未使用过的石英器件，首先要用丙酮棉球把石英器件 擦拭一遍，再用酒精棉球把石英器件擦拭一遍。
❖ ③ 把石英器件放入配有氢氟酸溶液（1：25的氢氟酸和纯 水）的清洗槽中（二次清洗工序），打开进气阀，让溶液轻 度鼓泡，持续10分钟。
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二、原材料和器件
❖ 1、主要原材料
原材料
要求
三氯氧磷（POCl3） 氧气（O2） 氮气（N2）
减薄制绒的硅片
6N 5N 5N 符合清洗工艺技术要求
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2、主要仪器设备及工具
❖ 扩散炉、 ❖ 超净台、 ❖ 石英真空吸笔、 ❖ 石英舟、 ❖ 舟叉 ❖ 石英舟托 ❖ 四探针测试仪
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三、扩散工艺
❖ 1 准备工作 ❖ 2 安装源瓶 ❖ 3 开机 ❖ 4 石英管进源 ❖ 5 装片 ❖ 6 扩散