POCl磷扩散原理
磷扩散工艺
方块电阻的定义
• 考虑一块长为l、宽为a、 厚为t的薄层如右图。如
果该薄层材料的电阻率为 ρ，则该整个薄层的电阻 为：
• 当 l=a（即为一个方块）时， R=ρ／t。可见，ρ／t代表一 个方块的电阻，故称为方块 电阻，特记为
R□= ρ／t (Ω/□)
扩散层薄层电阻的测试
• 源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶，因为POCl3易 吸水汽而变质，使扩散表面浓度上不去，其反应式如 下： 2POCl3+ 3H2O＝P2O5 + 6HCl
所以如果发现POCl3出现淡黄色时就不能再用了。
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：
• 4、替位式扩散：杂质进入晶体后，占据晶格原子的原子空 位（空格点），在浓度梯度作用下，向邻近原子空位逐次 跳跃前进。每前进一步，均必须克服一定的势垒能量。
扩散装置示意图
扩散装置图片
扩散炉正视图
排废口
排风
排废口
• 扩散装置图片
推舟机构
气源柜 进气 炉体柜 总电源进线 净化操作台
计算机控制柜
扩散炉气路系统
• 目前生产中，测量扩散层薄 层电阻广泛采用四探针法。 测量装置示意图如图所示。 图中成直线陈列四根金属探 针（一般用钨丝腐蚀而成） 排列在彼此相距为S一直线 上，并且要求探针同时与样 品表面接触良好，外面一对 探针用来通电流、当有电流 注入时，样品内部各点将产 生电位，里面一对探针用来 测量2、3点间的电位差。
氮化硼固态源扩散设备简单操作方便扩散硅片表面状态好pn结面平整均匀性重复性比液态源扩散好适合于大批量生poclpocl33是无色透明有窒息性气味的毒性液体所以要求扩散系统必须有很高的密封性特别是源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯来连接若用其它塑料管或乳胶管连接时易被腐蚀需要经常更换新管
太阳能电池片扩散工艺.
扩散工艺培训一、扩散目的在P 型衬底上扩散N 型杂质形成PN 结。
达到合适的掺杂浓度ρ/方块电阻R □。
即获得适合太阳能电池PN 结需要的结深和扩散层方块电阻。
R □的定义：一个均匀导体的立方体电阻 ,长L ，宽W ，厚d R= ρ L / d W =(ρ/d) (L/W)此薄层的电阻与（L / W ）成正比，比例系数为（ ρ /d ）。
这个比例系数叫做方块电阻，用R □表示： R □ = ρ / dR = R □（L / W ）二、太阳电池磷扩散方法1、三氯氧磷（POCl 3）液态源扩散（本公司现在采用的方法）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三、磷扩散的基本原理三氯氧磷（POCl 3）在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl 5）和五氧化二磷（P 2O 5），其反应式如下：生成的五氧化二磷（P 2O 5）在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO 2）和由上面反应式可以看出，三氯氧磷（POCl 3）热分解时，如果没有外来的氧（O 2）参与其分解是不充分的，生成的五氯化磷（PCl 5）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O 2存在的情况下，五氯化磷（PCl 5）会进一步分解成五氧化二磷（P 2O 5）并放出氯气（Cl 2）其反应式如下：生成的五氧化二磷（P 2O 5）又进一步与硅作用，生成二氧化硅(SiO 2)和磷原子，由此可见，在磷扩散时，为了促使五氯化磷（PCl 5）充分的分解和避免五氯化磷（PCl 5）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 。
在有氧气的存在时，三氯氧磷（POCl 3）热分解的反应式为：三氯氧磷（POCl 3）分解产生的五氧化二磷（P 2O 5）淀积在硅片表面，五氧化二磷（P 2O 5）与硅反应生成二氧化硅（SiO 2）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。
三氯氧磷（POCl 3）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。
太阳能电池工艺培训教材(共 53张PPT)
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扩散的目的：形成PN结
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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 本公司目前采用的是第一种方法。
15磷扩散工艺过程来自清洗扩散饱和关源，退舟
装片
卸片
送片
方块电阻测量
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扩散装置示意图
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POCl3磷扩散原理
POCl3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷
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等离子体
等离子体:由于物质分子热运动加剧, 相互间的碰撞就会使气体分子产生 电离,这样物质就会变成自由运动并 由相互作用的正离子,电子和中性粒 子组成的混合物
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ＰＥＣＶＤ设备
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ＰＥＣＶＤ的目的
1）镀减反射薄膜(SiN) 其具有卓越的抗氧化和绝缘性能,同时具有良好的阻挡 钠离子和掩蔽金属离子和水蒸气扩散的能力,它的化学稳 定性很好,除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外,其它酸与它基 本不起作用 2）表面钝化作用 保护半导体器件表面不受污染物质的影响,半导体表面 钝化可降低半导体表面态密度 3)钝化太阳电池的体内 在SiN膜中存在大量的 H,在烧结过程中会钝化晶体内部 悬挂键
2）用到药品：HNO3， HF， KOH 3） SPC:硅片各边的绝缘电阻>1000欧姆
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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扩散工艺介绍
• 当l=a（即为一个方块）时，R= ρ /t。可见，（ρ /t）代表一个方 块的电阻，故称为方块电阻，特记为R□= ρ /t (Ω /□)
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扩散层薄层电阻的测试
• 目前生产中，测量扩散层薄 层电阻广泛采用四探针法。 测量装置示意图如图所示。 图中直线陈列四根金属探针 （一般用钨丝腐蚀而成）排 列在彼此相距为S一直线上， 并且要求探针同时与样品表 面接触良好，外面一对探针 用来通电流、当有电流注入 时，样品内部各点将产生电 位，里面一对探针用来测量 2、3点间的电位差。
排废口
推舟 机构
气源柜
进气
炉体 柜
总电源进 线
净化操作 台
计算机控 制柜
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热扩散化学反应方程式
• 化学反应方程式
5 POCl
3
3 PCl
600 C 以上
5
P2 O 5
4 PCl
5
5O 2 2 P2 O 5 10 Cl 2
2 P2 O 5 5 Si 5 SiO
Si原子
杂质原子
晶格空位
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扩散工艺目的介绍
• 扩散的目的：形成PN结
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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 目前采用的是第一种方法。
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扩散装置示意图
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开管扩散炉结构示意图
排风
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对磷扩散的认识—半导体特性 P型半导体（受主掺杂）--接受自由电子
空键 空穴
接受电子
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扩散原理及基本知识
扩散基本知识一、半导体基本知识太阳电池是用半导体材料硅做成的。
容易导电的是导体，不易导电的是绝缘体，即不像导体那样容易导电又不像绝缘体那样不容易导电的物体叫半导体，譬如：锗、硅、砷化缘等。
世界上的物体都是由原子构成的，从原子排列的形式来看，可以把物体分成2大类，晶体和非晶体。
晶体通常都有特殊的外形，它内部的原子按照一定的规律整齐地排列着；非晶体内部原子排列乱七八糟，没有规则；大多数半导体都是晶体。
半导体材料硅是原子共价晶体，在晶体中，相邻原子之间是以共用电子结合起来的。
硅是第四族元素，硅原子的电子层结构为2、8、4，它的最外层的四个电子是价电子。
因此每个硅原子又分别与相邻的四个原子形成四个共价键，每个共价键都是相邻的两个原子分别提供一个价电子所组成的。
如果硅晶体纯度很高，不含别的杂质元素，而且晶体结构很完美，没有缺陷，这种半导体叫本征半导体，而且是单晶体。
而多晶体是由许多小晶粒聚合起来组成的，每一晶体又由许多原子构成。
原子在每一晶粒中作有规则的整齐排列，各个晶粒中原子的排列方式都是相同的。
但在一块晶体中，各个晶粒的取向（方向）彼此不同，晶粒与晶粒之间并没有按照一定的规则排列，所以总的来看，原子的排列是杂乱无章的，这样的晶体，我们叫它多晶体。
半导体有很特别的性质：导电能力在不同的情况下会有非常大的差别。
光照、温度变化、适当掺杂都会使半导体的导电能力显著增强，尤其利用掺杂的方法可以制造出五花八门的半导体器件。
但掺杂是有选择的，只有加入一定种类和数量的杂质才能符合我们的要求。
我们重点看一下硼和磷这两种杂质元素。
硼是第三族主族元素，硼原子的电子层结构为2、3，由于硼原子的最外电子层只有三个电子，比硅原子缺少一个最外层电子，因此当硼原子的三个最外层价电子与周围最邻近的三个硅原子的价电子结合成共价键时，在与第四个最邻近的硅原子方向留下一个空位。
这个空位叫空穴，它可以接受从邻近硅原子上跳来的电子，形成电子的流动，参与导电。
硼磷扩散
一、硼扩散工艺原理（液态源）目前，液态源硼扩散常用：硼酸三甲酯B(CH3O)3，硼酸三丙酯，三溴化硼B(B2)3，无水硼酸三甲酯B(CH3O)3，为无色透明液体，在室温下挥发形成，具有较高真气压，硼酸三甲酯遇水易分解，升成硼酸和甲醇。
B（CH3O）+ 3H2O=H3BO3 + 3（CH3OH）B（CH3O）500℃以上B2O3 + CO2 + H2O + C2B2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4B硼酸三甲酯在高温（500℃以上）能够分解出三氧化二硼（B2O3），而三氧化二硼在900℃左右又能与硅片起反应，生成硼原子，并沉积在硅片表面，这就是预沉积过程；沉积后在基区窗口表面上生成具有色彩的硼硅玻璃。
二、硼扩散装置：硼再分布：当炉温升到预定温度（1180℃以后）通干O2 20分钟，排除管道内空气，同时加热水浴瓶，是水浴温度达到设定温度值950℃，一切就绪后，即可将正片和陪片一起装入石英舟推入炉子恒温区，先通5分钟干氧，在改通30分钟湿氧，最后通5分钟干氧，时间到即可把硅片拉出石英管，倒在铜块上淬火，防止慢降温时，金从硅体中析出。
一、磷扩散工艺原理5POCl3 >600℃3PCl5 + P2O52P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P4PCl5+5O2 过量O2 2P2O5+6Cl24PCl3+3O2 过量O2 2P2O5+6Cl2磷预沉积时，一般通N2为20～80ml/分，O2为20～40ml/分，O2可通过，也可不通过源。
二、磷扩散装置磷扩散源POCl3是无色透明有窒息性气味的毒性液体，要求扩散系统密封性好，源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道连接。
若用其他塑料管或乳胶管连接易被腐蚀，就需要经常更换。
接口处最好用封口胶，由系统流出气体应通过排风管排到室外，不要泄漏在室内。
源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶。
因为三氯氧磷吸水汽而变质，做扩散温度上不去。
2POCl3+3H2O=P2O5+5HCl发现三氟氧磷出现淡黄色就不能使用。
Wafer-Cell-Panel Introduction(Rev[1]
![Wafer-Cell-Panel Introduction(Rev[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/5825f78283d049649b66583e.png)
Wafer ÆCell ÆPanel IntroductionStella Su, Monica XiaoFeb-24-2011Revision A家庭供电电动车充电站消防局高速公路隧道WaferÆCellÆPanel硅片车间Wafer Fab电池车间Cell Fab组件车间Panel FabWafer Cell Panel第一阶段：硅片车间Part 1: Wafer Fab.硅片种类Wafer Type单晶和多晶原子结构的区别：单晶硅和多晶硅显微镜中的区别：微观结构的不同造成了外观上的区别：在整个晶体内，原子都是周期性的规则排列，称之为单晶。
由许多取向不同的单晶颗粒杂乱地排列在一起的晶体称为多晶。
传统硅片制造过程V.S Evergreen硅片制造过程：流程图Process Flow硅料粉碎Silicon Crushing硅料预处理Silicon Prep牵引丝复绕String Rewind熔炉Quad品质检测QISM硅料再利用Seed bar & RibbonSalvage硅片制造Wafer producing拉升系统Puller硅料粉碎Silicon Crushing接收系统Receiver将硅料盛装起来Gather the product筛选到不同桶中Sort into differentbucket将细小的粉末收集Gather fines in acollector硅料倒进粉碎机Pour into crusher硅料粉碎Silicon Crushing硅料粉碎的目的Purpose of crushing●将硅块粉碎成颗粒状Crushing the silicon chunk to granular / pieces硅块Silicon chunk硅颗粒Silicon pieces硅料预处理Silicon Prep流程图Process Flow添加液态硼化合物，混合10分钟Add Boron liquid ，mix for 10 minutes将硅料装入容器中Fill the silicon to vessel装袋Bagging混合3分钟；干燥3小时Mix for 3 minutes; Dry for 3 hours装入容器Filling into vessel品质验证Qualifying混合及干燥Mixing & DryingFilling into vessel 参杂Doping将硅料包成2.5kg每袋Pack the silicon to 2.5 kg bag取出5袋作验证用Pick up 5 bags for qualification;检测硅片的电阻率及寿命Test the wafer resistivity and lifetime.硅料预处理Silicon Prep硅料预处理的目的Purpose of Silicon Prep :•参杂氧化硼到硅料中，并包装成袋Dope silicon with Boron, and Pack silicon into bags •验证是为了确认参杂氧化硼的效果Qualification is to confirm the doping result.Vessel品质验证Qualifying硅料预处理Silicon PrepThe resistivity-inspecting machine can indicate resistance of a wafer by measuring thickness of the wafer and calculate the resistance from aformula.The lifetime tester will detect how long time the electrons can beactivated, or how long distance the electrons can travel in the wafer.For resistivitytest, the results should be between 2 and 4.5 ohm-cm.For lifetime test, The results should be higher than 0.8ms .硅料预处理Silicon Prep参杂质量与效率的关系Doping VS EfficiencyHigher doping ratio (>3.2ml:1kg) leads to lower resistivity, and vice versa.The desired resistivity is 2.8 ohm-cm. We get highest efficiency when resistivity is between 2 and 4.5 ohm-cm.Bag # dependence is found in resistivity. The last 2-3 bags have very high resistivity value and low efficiency. This is because silicon size increase from vessel bottom to vessel top.牵引丝复绕String Rewind目的Purpose of String RewindTransfers the stringsfrom a 8’’Gemini reel toa 20’’Quad reel.硅料再利用Wafer Salvage-Seedbar Salvage from Gemini(3 feet)-Ribbon Salvage from Quad-Salvage ribbons are manually harvested fromQuad or Gemini into product wafers or seedbars.--To hold a ribbon, we have to use two handsat all time.拉伸系统Rubber PullerThe Rubber Puller is a part that pulls the ribbons out of melt crucible.Purpose of QISM-To inspect wafers and find out if-The wafer defects can be definedas the following categories:-Crack-Chip-Limbo-EBO (Edge Break Out)-Spike-Weight failQISM-DefectMouse BiteShark ToothEBO ProtrusionChipLimboBrokenQISM-LimboMeasure theory: use three sets oflaser and receiver to scan wafer,find the lowest and hight point.Crucial settings:●Lower and higher scan point●Scan speed●Degree of level of wafer supportIt’s not possible to get same Limbovalue every time due to different wafer surface shape, but we tried to get smallest variation.1-11-22-12-23-13-2 Limbo=Height max-Height min=Height2-1-Height3-2第二阶段:电池车间Part 2: Cell Fab.1941年，奥尔在硅上发现“光伏效应”；1954年，美国贝尔实验室恰宾和皮尔松研制成功第一块实用的单晶硅1958年，太阳电池首次在空间应用；1959年，第一块多晶硅太阳电池问世，效率5%；1975年，第一块非晶硅太阳电池问世；1980年，单晶硅太阳电池效率达到20%，砷化镓电池达到22.5%，多晶1995年，高效聚光型砷化镓太阳电池效率达到32%；2007年，美国特拉华大学研制的聚光型太阳电池效率达到了惊人的42.8%！各种硅太阳能电池Solar Cell的种类种类材料成本技术产品稳定性占有率硅太阳能电池(Silicon solar cell)单晶硅太阳能电池(Monocrystalline)☆☆☆☆☆技术最成熟，效率最高(15%-24%)☆☆☆☆☆88%多晶硅太阳能电池(Multi-crystalline)☆☆☆☆技术成熟，效率低于单晶硅(10%-18%)☆☆☆☆String Ribbon Silicon[Evergreen]☆☆☆多晶硅薄膜电池(Polycrystallinesilicon film)☆☆☆技术不成熟，效率一般☆☆☆12%非晶硅薄膜电池(Amorphous silicon film)☆☆☆技术不成熟，效率一般☆化合物薄膜电池砷化镓(GaAs)原材料有毒很少碲化镉(CdTe)原材料有毒铜铟硒(CIS/CIGS)本征硅--纯净的不含有任何杂质及缺陷的硅；P型硅--在本征硅中掺入3价元素（如硼）得到P型硅，P型硅中有大量N型硅--在本征硅中掺入5价元素（如磷）得到N型硅，N型硅中有大量自由电子；当P型硅和N型硅紧密接触时，它们的交界处会形成一层很薄的电场区—PN结光照射半导体时，具有适当能量的光子会在半导体内激发电子-空穴动势，这就是光生伏特效应。
磷扩散原理
磷扩散原理
磷扩散是一种重要的固体材料表面处理技术，它能够在金属材料表面形成一层磷化物层，从而提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
磷扩散原理是指在高温下，磷原子在金属表面扩散并与金属原子结合形成磷化物层的过程。
本文将对磷扩散原理进行详细介绍。
磷扩散的原理主要包括扩散过程和化合过程两个方面。
首先是扩散过程，磷原子首先需要在金属表面进行扩散。
在高温下，金属表面的晶格结构会变得松散，磷原子便可以比较容易地进入金属晶格之中。
一旦磷原子进入金属晶格，它们就会开始在晶格中自由移动，直到达到平衡浓度。
在扩散过程中，温度是一个非常关键的因素，通常情况下，较高的温度可以加快磷原子的扩散速度，从而缩短扩散时间。
其次是化合过程，当磷原子扩散到金属晶格中后，它们会与金属原子结合形成磷化物层。
这个过程实际上是一个化学反应过程，磷原子与金属原子之间会发生化学键的形成，从而形成磷化物。
这种磷化物层通常具有很高的硬度和耐腐蚀性，能够有效地提高金属材料的性能。
磷扩散原理的实际应用非常广泛，特别是在金属加工和制造领域。
通过磷扩散技术，可以显著提高金属材料的表面硬度和耐磨性，延长材料的使用寿命。
同时，磷化物层还可以提高金属材料的耐腐蚀性能，使其在恶劣环境下仍能保持良好的性能。
总之，磷扩散原理是一种重要的固体材料表面处理技术，它通过磷原子在金属表面的扩散和化合过程，形成磷化物层，从而提高金属材料的性能。
通过对磷扩散原理的深入研究和应用，可以进一步拓展其在金属加工和制造领域的应用范围，为材料表面处理技术的发展做出更大的贡献。
硼磷扩散原理和示意图
一、硼扩散工艺原理（液态源）目前，液态源硼扩散常用：硼酸三甲酯B(CH3O)3，硼酸三丙酯，三溴化硼B(B2)3，无水硼酸三甲酯B(CH3O)3，为无色透明液体，在室温下挥发形成，具有较高真气压，硼酸三甲酯遇水易分解，升成硼酸和甲醇。
B（CH3O）+ 3H2O=H3BO3 + 3（CH3OH）B（CH3O）500℃以上B2O3 + CO2 + H2O + C2B2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4B硼酸三甲酯在高温（500℃以上）能够分解出三氧化二硼（B2O3），而三氧化二硼在900℃左右又能与硅片起反应，生成硼原子，并沉积在硅片表面，这就是预沉积过程；沉积后在基区窗口表面上生成具有色彩的硼硅玻璃。
二、硼扩散装置：硼再分布：当炉温升到预定温度（1180℃以后）通干O2 20分钟，排除管道内空气，同时加热水浴瓶，是水浴温度达到设定温度值950℃，一切就绪后，即可将正片和陪片一起装入石英舟推入炉子恒温区，先通5分钟干氧，在改通30分钟湿氧，最后通5分钟干氧，时间到即可把硅片拉出石英管，倒在铜块上淬火，防止慢降温时，金从硅体中析出。
一、磷扩散工艺原理5POCl3 >600℃3PCl5 + P2O52P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P4PCl5+5O2 过量O2 2P2O5+6Cl24PCl3+3O2 过量O2 2P2O5+6Cl2磷预沉积时，一般通N2为20～80ml/分，O2为20～40ml/分，O2可通过，也可不通过源。
二、磷扩散装置磷扩散源POCl3是无色透明有窒息性气味的毒性液体，要求扩散系统密封性好，源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道连接。
若用其他塑料管或乳胶管连接易被腐蚀，就需要经常更换。
接口处最好用封口胶，由系统流出气体应通过排风管排到室外，不要泄漏在室内。
源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶。
因为三氯氧磷吸水汽而变质，做扩散温度上不去。
2POCl3+3H2O=P2O5+5HCl发现三氟氧磷出现淡黄色就不能使用。
半导体掺杂简介解读
半导体掺杂简介解读第⼗⼀章掺杂概述导电区和N-P结是晶圆内部或表⾯形成的半导体器件的基本组成部分。
他们是通过扩散或离⼦注⼊技术在晶圆中形成的。
本章将具体介绍N-P结的定义，扩散与离⼦注⼊的原理及⼯艺。
⽬的完成本章后您将能够：1.定义P-N结。
2.画出完整的扩散⼯艺流程图。
3.描述淀积步骤与推进步骤的不同。
4.列举三种类型的淀积源。
5.画出淀积和推进⼯艺的典型杂质浓度与深度位置的关系曲线。
6.列举离⼦注⼊机的主要部件。
7.描述离⼦注⼊的原理。
8.⽐较扩散与离⼦注⼊⼯艺的优势劣势。
结的定义使晶体管和⼆极管⼯作的结构就是N-P结。
结（junction）就是富含带负电的电⼦的区域（N 型区）与富含空⽳的区域（P型区）的分界处。
结的具体位置就是电⼦浓度与空⽳浓度相同的地⽅。
这个概念在扩散结的形成章节中已作过解释。
在半导体表⾯形成结的通常做法是热扩散（diffusion）或离⼦注⼊（ion implantation）。
掺杂区的形成扩散的概念扩散掺杂⼯艺的发展是半导体⽣产的⼀⼤进步。
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，在现实⽣活中有很多例⼦。
扩散的发⽣需要两个必要的条件。
第⼀，⼀种材料的浓度必需⾼于另外⼀种。
第⼆，系统内部必须有⾜够的能量使⾼浓度的材料进⼊或通过另⼀种材料。
扩散的原理被⽤来将N-型或P-型杂质引进到半导体表层深部。
然⽽，⼩尺⼨器件的要求使业界转⽽采⽤离⼦注⼊作为主要的掺杂技术。
但是，⼀旦杂质进⼊晶圆的表⾯，后续的⾼温过程都会使它继续移动。
扩散定律决定了后续的移动。
⽓相扩散的⼀个例⼦就是常见的充压的喷雾罐（图11.1），⽐如房间除臭剂。
按下喷嘴时，带有压⼒的物质离开罐⼦进⼊到附近的空⽓中。
此后，扩散过程使得⽓体移动分布到整个房间。
这种移动在喷嘴被按开时开始，并且在喷嘴关闭后还会继续。
只要前⾯的喷雾引⼊的浓度⾼于空⽓中的浓度，这种扩散过程就会⼀直继续。
随着物质远离喷雾罐，物质的浓度会逐渐降低。
半导体制造工艺之扩散原理概述
半导体制造工艺之扩散原理概述引言半导体器件是现代电子化工程的重要组成部分，而半导体制造工艺中的扩散过程是其中的核心步骤之一。
扩散是指将外部杂质或原子通过加热和蒸发的方式引入半导体晶体内部，从而改变其导电性能的过程。
本文将概述半导体制造工艺中的扩散原理，包括扩散的定义、分类、扩散过程的主要步骤以及应用。
扩散的定义和分类扩散在半导体制造加工中是用于改变材料电学特性和形成器件结构的重要工艺。
它通过在半导体材料中掺杂外部杂质或原子，改变其禁带宽度、导电性能和晶格结构，从而实现对器件特性的控制。
根据掺杂的原子种类和结构变化，扩散可以分为以下几类：1.硼扩散（Boron diffusion）：将硼原子引入到半导体材料中，可以增加材料的p型掺杂浓度。
2.磷扩散（Phosphorus diffusion）：将磷原子引入到半导体材料中，可以增加材料的n型掺杂浓度。
3.氮扩散（Nitrogen diffusion）：将氮原子引入到半导体材料中，可以改变半导体材料的特性，如降低材料的电阻率和增加材料的硬度。
4.氢扩散（Hydrogen diffusion）：将氢原子引入到半导体材料中，可以提高材料的电阻率。
5.金属扩散（Metal diffusion）：在半导体材料中引入金属原子，可以改变材料的特性，如增强导电性能或改变器件结构。
扩散过程的主要步骤扩散过程是一个涉及多个步骤的复杂过程，主要包括以下几个步骤：清洗在扩散之前，半导体晶体需要进行清洗，以去除表面的污染物和杂质，保证扩散过程的准确性和稳定性。
清洗步骤可以使用化学清洗方法或物理清洗方法，如溶剂洗涤、超声波清洗等。
预处理预处理步骤是为了提高扩散效果和降低生产成本而进行的一系列处理。
包括表面氧化、蚀刻、离子注入等工艺，以提高扩散层的质量和一致性。
掺杂掺杂是扩散过程中的核心步骤，通过向半导体晶体中注入外部杂质，改变材料的导电性能。
掺杂过程中需要控制掺杂浓度和深度，以满足器件设计要求。
磷扩散
扩散间洁净度、温度、 扩散间洁净度、温度、湿度
洁净度： 洁净度：万级净化间，净化插片台(净化度：100级)、净化保护柜（净化度:100级） 温度： ± ℃ 温度：23±2℃ 湿度： 湿度：<50%
扩散工段生产操作规程
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 1.开机操作 开机操作 1.1开机前检查确认内容： 1.1.1 检查电源。打开电控柜电源开关。确定整机上电正常，电源指示灯亮。 1.1.2 检查气源。确定氧气、压缩空气、氮气的压力为 0.4-0.6MPa。 1.1.3 检查排气系统。检查各风口排风应有风吸出。 1.1.4 检查水源。确定冷却水进出水阀应在打开状态。 1.1.5 检查源瓶。确认源瓶上的进气出气阀门已打开，各接口连接正常。 1.1.6 检查BV100恒温水槽。确定温度正常。如需开关机，按开关机按钮3秒以上。 1.1.7 检查急停按扭。确定按扭正常。 1.2其它检查内容： 1.2.1 检查净化台。应干净，无废液，无其它物品。 1.2.2 检查接液槽。各面应干净，无废液。 1.2.3 检查气源柜。各面应干净，无废液。 1.2.4 检查BV100水槽。水面正常，水中无杂物。 1.3开启监控系统： 1.3.1 启动计算机。按下电控柜面板上的“上电”按钮 。 1.3.2 启动扩散炉监控系统。双击屏幕上“扩散炉监控系统” 图标，输入密码登陆监 控系统软件。 1.3.3 启动加热。按加热按钮前先将温度设定为0才可操作。 1.3.4 当加热按钮按下后加热指示灯亮时，开机完成。
扩散炉开关机作业
• • • • • • • • 在开机前，先去废气室查看水电气是否准备就绪。 水—冷却水；查看是否有冷却水（将进水开关关闭，听是否有水流的声音） 电—配电柜是否送电(门上有电压显示，如显示380V电压，说明已送电)， 总闸及控制各扩散炉分闸是否合上。 气—大氮、小氮、氧气及压缩空气。在扩散炉最上方有四路进气管，从右 至左分别是压缩空气、氧气、小氮和大氮，查看其控制阀是否打开（一般 情况下是常开，遇特殊情况时才关闭）。查看调压阀是否在正确压力. 在查看水电气准备就绪以后，来到扩散炉控制面板前，先把抽风开关打开， 然后把控制电脑电源打开，等电脑启动完毕后，打开程序，登陆，给各炉 管上电，在程序的手动操作界面，给各炉管通大氮。 在手动操作界面，炉外SV设定目标温度（与将要运行程序的第一步温度相 同），设定完毕后，点确定，看数值是否能够输入，如果不能输入，退出 程序，再进一次，重复上述动作。 在确认上述情况都无误以后，在自动运行界面，选择将要运行的程序，最 后将加热开关打开，开始加热。 关机：在关机前确保程序没有运行任何工艺，然后退出程序，关闭计算机 电源，到废气室查看保护氮阀门是否打开。
硼磷扩散原理以及过程
一、硼扩散工艺原理（液态源）目前，液态源硼扩散常用：硼酸三甲酯B(CH3O)3，硼酸三丙酯，三溴化硼B(B2)3，无水硼酸三甲酯B(CH3O)3，为无色透明液体，在室温下挥发形成，具有较高真气压，硼酸三甲酯遇水易分解，升成硼酸和甲醇。
B（CH3O）+ 3H2O=H3BO3 + 3（CH3OH）B（CH3O）500℃以上B2O3 + CO2 + H2O + C2B2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4B硼酸三甲酯在高温（500℃以上）能够分解出三氧化二硼（B2O3），而三氧化二硼在900℃左右又能与硅片起反应，生成硼原子，并沉积在硅片表面，这就是预沉积过程；沉积后在基区窗口表面上生成具有色彩的硼硅玻璃。
二、硼扩散装置：硼再分布：当炉温升到预定温度（1180℃以后）通干O2 20分钟，排除管道内空气，同时加热水浴瓶，是水浴温度达到设定温度值950℃，一切就绪后，即可将正片和陪片一起装入石英舟推入炉子恒温区，先通5分钟干氧，在改通30分钟湿氧，最后通5分钟干氧，时间到即可把硅片拉出石英管，倒在铜块上淬火，防止慢降温时，金从硅体中析出。
一、磷扩散工艺原理5POCl3 >600℃3PCl5 + P2O52P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P4PCl5+5O2 过量O2 2P2O5+6Cl24PCl3+3O2 过量O2 2P2O5+6Cl2磷预沉积时，一般通N2为20～80ml/分，O2为20～40ml/分，O2可通过，也可不通过源。
二、磷扩散装置磷扩散源POCl3是无色透明有窒息性气味的毒性液体，要求扩散系统密封性好，源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道连接。
若用其他塑料管或乳胶管连接易被腐蚀，就需要经常更换。
接口处最好用封口胶，由系统流出气体应通过排风管排到室外，不要泄漏在室内。
源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶。
因为三氯氧磷吸水汽而变质，做扩散温度上不去。
2POCl3+3H2O=P2O5+5HCl发现三氟氧磷出现淡黄色就不能使用。
POCl3磷扩散原理
密度
POCL3的密度为1.82g/cm³，表明其质量较大，有助于其在硅片表 面形成均匀的磷膜。
溶解性
POCL3可溶于有机溶剂，如丙酮、甲醇等，这为其在制备过程中 与其它化学试剂混合提供了便利。
效果。
05
磷扩散的影响因素
温度对磷扩散的影响
温度越高，磷扩散速率越 快
随着温度的升高，分子运动速度加快，扩散 过程中的碰撞频率增加，从而加速了磷原子 的扩散。
温度对扩散系数的影响
扩散系数是描述物质扩散能力的物理量，温 度越高，扩散系数越大，扩散速率越快。
POCL3浓度对磷扩散的影响
POCL3浓度越高，磷扩散速率越快
POCL3的磷供给能力
磷含量
01
POCL3含有丰富的磷元素，可以提供硅片制备过程中所需的磷
源，有助于形成磷硅玻璃和磷膜。
扩散系数
02
POCL3在硅片中的扩散系数较小，表明其扩散速度较慢，需要
较长时间才能形成均匀的磷膜。
溶解度
03
POCL3在硅熔体中的溶解度较低，表明其在硅熔体中的溶解能
力较弱，需要控制温度和浓度以获得较好的磷扩散效果。
在集成电路制造中，磷扩散技术的应 用提高了器件的性能和可靠性，降低 了生产成本，促进了集成电路的发展 。
磷扩散工艺的优化方向
优化磷扩散工艺可以提高磷掺杂的均 匀性和重复性，降低生产成本和提高 器件性能。
优化方向包括改进反应气体流量、温 度和时间等工艺参数，以及探索新型 的磷扩散技术，如等离子体增强磷扩 散等。
高浓度的POCL3溶液中，磷原子的浓度较高，扩散过程中磷原子之间的相互碰撞 频率增加，从而加速了磷原子的扩散。
电池片背部磷扩散
电池片背部磷扩散电池片背部磷扩散可以提高太阳能电池的效率和稳定性。
磷扩散是一种常见的工艺技术，通过在电池片的背面加入磷材料，可以改变电池片的电子结构和物理特性，从而提高光电转换效率。
本文将从磷扩散的原理、技术实现和应用前景等方面进行阐述。
首先，我们来了解一下磷扩散的原理。
磷扩散是一种通过加热和扩散过程将磷材料引入电池片背面的工艺技术。
通过高温处理，磷材料会渗透到电池片的硅基质中。
这种扩散使得电池片的背面形成了一个P型区域，与N型区域形成PN结，从而改变电池片的pn结构，提高电池片的光电转换效率。
其次，我们来探讨一下磷扩散技术的实现。
磷扩散通常使用磷源和扩散源来进行。
磷源可以是气态或液态的磷化氢，而扩散源则可以是二氧化硅等材料。
在磷扩散的过程中，先将磷源和扩散源混合，然后加热至高温，通过扩散源中的磷与硅基质相互作用，使得磷材料渗透到电池片的背面。
这个过程需要精确控制温度、时间和浓度等参数，以确保磷材料的扩散均匀和稳定。
磷扩散技术在太阳能电池领域具有广泛的应用前景。
首先，它可以提高太阳能电池的效率。
磷扩散后的电池片背面形成的pn结，可以提高电子和空穴的分离效率，从而增加电池片的光电转换效率。
其次，磷扩散可以增加电池片的稳定性。
磷扩散后的电池片背面形成了一层保护膜，可以防止电池片受到外界环境的攻击，延长电池片的使用寿命。
此外，磷扩散技术还具有工艺简单、成本低廉等优点，易于大规模生产。
然而，磷扩散技术还存在一些问题和挑战。
首先，磷扩散的过程中需要高温处理，这可能导致电池片的损伤和能量损失。
因此，如何控制扩散的温度和时间，确保磷材料的扩散均匀和稳定，是一个关键的技术难题。
其次，磷扩散的机制和影响因素还需要深入研究。
磷扩散的机理尚不完全清楚，需要进一步研究和探索。
此外，磷扩散技术的大规模应用还需要克服成本和可持续性等问题。
总结起来，电池片背部磷扩散可以提高太阳能电池的效率和稳定性。
磷扩散的原理是通过加热和扩散过程将磷材料引入电池片的背面，形成PN结，从而改变电池片的pn结构，提高电池片的光电转换效率。
磷与氯气的反应原理
磷与氯气的反应原理
磷与氯气反应的原理是磷和氯气分子之间发生化学反应，产生氯化磷。
具体反应方程式为：
P4 + 6Cl2 →4PCl3
在反应中，磷的4个P原子与6个氯气分子反应生成4个氯化磷分子。
反应过程中氯气分子中的两个氯原子分别与磷分子中的两个P原子发生配位键形成磷氯（PCl）键。
同时，磷分子中的其他P原子与氯气分子的另外两个氯原子发生配位键形成氯化磷（PCl3）分子。
这个反应是一个氧化还原反应，磷的氧化态从0增加到+3，氯的还原态从0减少到-1。
此外，这个反应也是一个取代反应，磷分子中的P原子被氯原子取代。
磷与氯气反应通常在室温下进行，反应速度较快。
氯化磷是一种有毒的气体，它是一种非常有用的化学物质，可以用于制备其他有机化合物等。
POCl磷扩散原理
关于方块电阻 --什么是方块电阻
扩散层的薄层电阻也称方块电阻， 常分别用Rs和R口表示。所谓薄层电阻， 就是表面为正方形的半导体薄层在电流 方向（电流方向平等于正方形的边）所 呈现的电阻。为了表示薄层电阻不同于 一般电阻，其单位常用[欧姆/方块]或 [Ω/口]表示 。
? 在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应 式为：
4POCl3 ? 3O2 ? 高??温? 2P2O5 ? 6Cl2 ?
POCl3磷扩散原理
? 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 。这样在晶体内部就形成 了PN结，达到了扩散的目的。
5POCl 3 ? ???60?0 ???C 3PCl 5 ? P2O 5
POCl3磷扩散原理
? 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：
2P2O5 ? 5Si ? 5SiO 2 ? 4P ?
POCl3磷扩散原理
? 由前面反应式可以看出，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：
POCl3磷扩散原理
? 磷扩散源是无色透明有窒息性气味的毒性 液体，所以要求扩散系统必须有很高的密 封性，特别是源瓶进出口两端最好用聚四 氟乙烯来连接，若用其它塑料管或乳胶管 连接时易被腐蚀，需要经常更换新管。接 口处用聚四氟带封闭，由系统流出的气体 应通进排风管道连接到室外，不能泄露在 室内。
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关于方块电阻 --什么是方块电阻
我们知道金属导体的电阻 公式R=ρl /s，与之类似薄层 电阻的大小应为： Rs=ρl / at， 如右图：当 l=a即为一个方块 时 Rs=ρ/t 可见，薄层电阻的大小与薄层 的平均电阻率成正比，与薄 层的厚度成反比而与正方形 的边长无关。
关于方块电阻
1、在扩散工艺中，扩散层薄层电阻（方 块电阻）是反映扩散层质量是否符合设计 要求的重要工艺指标之一，是标志扩散到 半导体中的杂质总量的一个重要参数。 2、扩散的效果跟原材料电阻率有很大的 关系，方块电阻的大小与扩散的-温度成 相反关系。---目前采用四探针测试法。
POCl3磷扩散原理
? 磷扩散源是无色透明有窒息性气味的毒性 液体，所以要求扩散系统必须有很高的密 封性，特别是源瓶进出口两端最好用聚四 氟乙烯来连接，若用其它塑料管或乳胶管 连接时易被腐蚀，需要经常更换新管。接 口处用聚四氟带封闭，由系统流出的气体 应通进排风管道连接到室外，不能泄露在 室内。
POCl3磷扩散原理
4PCl5
?
5O2
?
过 ??
O??2量?
2P2O5
? 10C
2
?
POCl3磷扩散原理
? 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磷扩散原理
方块电阻的测试 —四探针的校准
使“R□”、“I”、“EXCH.1”显示 灯亮，将电流档位从0.1mA调至10mA， 将待测量的硅片取出放在测试台上（扩 散面向上），按下降按钮，使针头平压 在硅片上（四针平齐），校准电流，调 整电流值为4.530mA。
方块电阻的测试 —四探针的校准
方块电阻的测试 —四探针的校准
? 磷扩散源是无色透明有窒息性气味的毒性 液体，所以要求扩散系统必须有很高的密 封性，特别是源瓶进出口两端最好用聚四 氟乙烯来连接，若用其它塑料管或乳胶管 连接时易被腐蚀，需要经常更换新管。接 口处用聚四氟带封闭，由系统流出的气体 应通进排风管道连接到室外，不能泄露在 室内。
TCA清洗原理
所谓TCA即三氯乙烷（C2H3Cl3） ，TCA清 洗是为了清洗石英管道而设置的，我们的 石英管和所有石英制品在使用过一段时间 后，炉管会存在不同程度的污染，因此需 要定期的清洗。我们日常TCA清洗为三天 做一次，时间为（4+1）h，石英管HF清 洗后为（8+1）h。
三氯乙烷简介
三氯乙烷（C2H3Cl3）无色透明液体，不 溶于水，遇明火、高热能燃烧，并产生 剧毒的光气和氯化氢烟雾。与碱金属和 碱土金属能发生强烈反应。与活性金属 粉末(如镁、铝等)能发生反应，引起分 解。燃烧(分解)产物：一氧化碳、二氧 化碳、氯化氢、光气 。
TCA清洗原理
其基本原理是：三氯乙烷（C2H3Cl3）高温氧 化分解，产生的氯分子与重金属原子化合后 被气体带走，达到清洗石英管道的目的。其 反应式为：
加热 C2H3Cl3 + O2 Cl2 + H2O + CO2 +……
关于方块电阻 --什么是方块电阻
扩散层的薄层电阻也称方块电阻， 常分别用Rs和R口表示。所谓薄层电阻， 就是表面为正方形的半导体薄层在电流 方向（电流方向平等于正方形的边）所 呈现的电阻。为了表示薄层电阻不同于 一般电阻，其单位常用[欧姆/方块]或 [Ω/口]表示 。
? 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：
2P2O5 ? 5Si ? 5SiO 2 ? 4P ?
POCl3磷扩散原理
? 由前面反应式可以看出，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：
POCl3磷扩散原理
? POCl3磷扩散原理
?
? TCA清洗原理
? 关于方块电阻
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：
5POCl 3 ? ???60?0 ???C 3PCl 5 ? P2O 5
POCl3磷扩散原理
? 在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应 式为：
4POCl3 ? 3O2 ? 高??温? 2P2O5 ? 6Cl2 ?
POCl3磷扩散原理
? 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 。这样在晶体内部就形成 了PN结，达到了扩散的目的。
扩散方块电阻的测试
方块电阻的测试—四探针
目前生产中，测量方块电阻广泛采用四探针法。
使用环境：温度 23度
相对湿度 ≤65%
无高频干扰 无强光直射
用途：测量半导体材料的电阻率，方块电阻，导
电膜方块电阻。
原理：使用四根处在同一水平面上的探针压在所测
材料上，1 、4 探针通电流 ；2、 3 探针间
பைடு நூலகம்
就会产生电压，由此就可以得出电阻。