磷扩散

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所有的石英器具都必须轻拿轻放。 源瓶更换的标准操作过程
依次关闭进气阀门、出气阀门，拔出连 接管道，更换源瓶，连接管道，打开出 气阀门、进气阀门。
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检验标准
扩散方块电阻控制在47-52Ω/□之间。同 一炉扩散方块电阻不均匀度≤20%，同一 硅片扩散方块电阻不均匀度≤10%。
表面无明显因偏磷酸滴落或其他原因引 起的污染。
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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
R l ()(l)
ta t a
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
纯度不高则呈红黄色。
比重为1.67，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
N型区域磷浓度和扩散结深共同决定着方 块电阻的大小。
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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。
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POCl3 简介
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
如没有待扩散的硅片，将臂浆推入扩散 炉，尽量缩短臂桨暴露在空气中的时间。
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卸片
等待硅片冷却后，将硅片从石英舟上卸 下并放置在硅片盒中，放入传递窗。
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扩散层薄层电阻及其测量
在太阳电池扩散工艺中，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。
方块电阻是标志扩散到半导体中的杂质 总量的一个重要参数。
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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：
2O P 5S 5iS i4O P
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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
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。
时通入一定流量的氧气 。
在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式 为：
PO O C 2 lO P 6C l
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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 。
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
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饱和
每班生产前，须对石英管进行饱和。
炉温升至设定温度时，以设定流量通小 N2（携源）和O2，使石英管饱和，20分 钟后，关闭小N2和O2。
初次扩散前或停产一段时间以后恢复生 产时，需使石英管在950℃通源饱和1小 时以上。
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装片
戴好防护口罩和干净的塑料手套，将清 洗甩干的硅片从传递窗口取出，放在洁 净台上。
池是非常重要的。
磷扩散工艺过程
清洗
扩散
饱和 装片
回温
关源，退舟 卸片
送片
方块电阻测量
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清洗
初次扩散前，扩散炉石英管首先连接 TCA装置，当炉温升至设定温度，以设 定流量通TCA60分钟清洗石英管。
清洗开始时，先开O2，再开TCA；清洗 结束后，先关TCA，再关O2。
清洗结束后，将石英管连接扩散源瓶， 待扩散。
用吸笔依次将硅片从硅片盒中取出，插 入石英舟。
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送片
用舟叉将装满硅片的石英舟放在碳化硅 臂浆上，保证平稳，缓缓推入扩散炉。
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回温
打开O2，等待石英管升温至设定温度。
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扩散
打开小N2，以设定流量通小N2（携源） 进行扩散
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关源，退舟
扩散结束后，关闭小N2和O2，将石英舟 缓缓退至炉口，降温以后，用舟叉从臂 桨上取下石英舟。并立即放上新的石英 舟，进行下一轮扩散。
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：
4P 5 CO l过 2 量 2O O P 10 Cl
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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
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扩散装置示意图
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PN结的形成过程
PN结的形成
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影响扩散的因素
管内气体中杂质源的浓度 扩散温度 扩散时间
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影响扩散的因素
管内气体中杂质源浓度的大小决定着硅 片N型区域磷浓度的大小。但是沉积在硅 片表面的杂质源达到一定程度时，将对N 型区域的磷浓度改变影响不大。
扩散温度和扩散时间对扩散结深影响较 大。
磷扩散
太阳电池制造的核心工序
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PN结——太阳电池的心脏
扩散的目的：形成PN结
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PN结的制造
制造一个PN结并不是把两块不同类型 （p型和n型）的半导体接触在一起就能 形成的。
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 。
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磷扩散注意事项（一）——工艺卫生
所有工夹具必须永远保持干净的状态，包括吸 笔、石英舟、石英舟叉子、碳化硅臂桨。
吸笔应放在干净的玻璃烧杯内，不得直接与人 体或其它未经清洗的表面接触。
石英舟和石英舟叉子应放置在清洗干净的玻璃 表面上。
碳化硅臂桨暴露在空气中的时间应做到越短越 好。
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磷扩散注意事项（二）——安全操作