磷扩散工艺
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
POCl3磷扩散原理优秀课件
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
在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应 式为：
2P2O5 5Si 5SiO2 4P
POCl3磷扩散原理
由如分前果的面没，反有生应外成式来的可 的PC以 氧l5是看 （不出O2易，）分P参O解与C的l其3热，分分并解解且是时对不，硅充 有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有 外P2O来5并O2放存出在氯的气情（况C下l2，）P其C反l5会应进式一如步下分：解成
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 。
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
扩散工艺及控制要点
扩散工艺及控制要点1.由于硅太阳能电池实际生产中均采用P型硅片，因此需要形成N型层才能得到PN结，这通常是通过在高温条件下利用磷源扩散来实现的。
这种扩散工艺包括两个过程：首先是硅片表面含磷薄膜层的沉积，然后是在含磷薄膜中的磷在高温条件下往P型硅里的扩散。
2.在高温扩散炉里，汽相的POCL3（phosphorus oxychloride）或PB r3(phosphorus tribromide)首先在表面形成P2O5（phosphorus pentoxide）;然后，其中的磷在高温作用下往硅片里扩散。
3.扩散过程结束后，通常利用“四探针法”对其方块电阻进行测量以确定扩散到硅片里的磷的总量，对于丝网印刷太阳电池来说，方块电阻一般控制在40-50欧姆。
4.发射结扩散通常被认为是太阳电池制作的关键的工艺步骤。
扩散太浓，会导致短路电流降低（特别是短波长光谱效应很差，当扩散过深时，该效应还会加剧）；扩散不足，会导致横向传输电阻过大，同样还会引起金属化时硅材料与丝网印刷电结之间的欧姆接触效果。
5.导致少数载流子寿命低的原因还包括扩散源的纯度、扩散炉的清洁程度、进炉之前硅片的清洁程度甚至是在热扩散过程中硅片的应力等。
6.扩散结的质量同样依赖于扩散工艺参数，如扩散的最高温度、处于最高温度的时间、升降温的快慢（直接影响硅片上的温度梯度所导致的应力和缺陷）。
当然，大量的研究表明，对于具有600mv左右开路电压的丝网印刷太阳电池，这种应力不会造成负面影响，实际上有利于多晶情况时的吸杂过程。
7.发射结扩散的质量对太阳能电池电学性能的影响反映在串联电阻从而在填充因子上：（1）光生载流子在扩散形成的N-型发射区是多数载流子，在这些电子被金属电极收集之前需要经过横向传输，传输过程中的损失依赖于N-型发射区的横向电阻；（2）正面丝网印刷金属电极与N-型发射区的电接触，为了避免形成SCHOTTKY势垒或其它接触电阻效应而得到良好的欧姆接触，要求N-型发射区的搀杂浓度要高。
磷扩散工艺方案
➢ 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磷扩散原理
➢ 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。
磷扩散
PN结——太阳电池的心脏
扩散的目的：形成PN结
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。
扩散装置示意图
压缩空气O2N2 (1.2) N2 (3.4)
➢ 3、源瓶要严加密封，实施“双人双锁”制，即工艺， 制造员工各一 把，换源时通知巡检，然后才可以更换。 PoCl3会与水反应生成P2O5和HCl，所以发现PCl3出现 淡黄色时就不可以再去使用了。磷扩散系统应保持干燥， 如果石英管内有水气存在就会使P2O5水解偏磷酸，使 管道内出现白色沉积物和在粘滞液体，另外偏磷酸会落 到硅片上污染硅片 。
➢ 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：
5POCl 600C3PCl P O
3
5
25
2P O 5Si 5SiO 4P
25
2
POCl3磷扩散原理
➢ 由的上氧面（O反2应）式参可与以其看分出解，是P不O充Cl分3热的分，解生时成，的如P果Cl没5是有不外易来分 解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在 有氯外气来（OCl22存）在其的反情应况式下如，下P：Cl5会进一步分解成P2O5并放出
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。
磷扩散注意事项
磷扩散注意事项磷扩散是一种常见的表面处理方法，用于改善金属材料的耐蚀性和耐磨性。
然而，磷扩散过程中存在一些注意事项，需要操作人员严格遵守，以确保工艺的稳定和产品质量的可靠性。
首先，操作人员在进行磷扩散前，必须清洁金属表面。
因为金属表面的油污、氧化物和其他杂质都会影响磷扩散的效果和均匀性。
常用的清洁方法包括酸洗、熔盐浸渍等。
清洁过程要注意控制时间和温度，避免过渡清洁导致表面粗糙度增加或者金属损失过大。
其次，在磷扩散过程中，操作人员需要严格控制扩散温度和时间。
温度过高或时间过长会导致磷层过厚，造成材料变脆、变形甚至损坏。
而温度过低或时间过短则无法形成均匀的磷化层。
因此，根据具体金属材料的性质和要求，选择适当的磷化温度和时间是至关重要的。
第三，磷扩散过程中必须注意通风排气。
扩散过程中产生的磷化气体可能对人体和环境产生危害。
因此，必须确保操作场所有良好的通风设备和排气系统，及时排出有害气体，减少对操作人员的影响。
此外，磷扩散过程中还需要控制扩散介质的成分和浓度。
一般使用含磷化合物作为磷化介质，如红磷、磷酸盐等。
操作人员要仔细选择扩散介质，确保其纯度和稳定性，以避免磷化层的质量问题。
另外，磷扩散过程中还需要严格控制磷化介质的浓度。
过高的浓度会导致磷化层不均匀或者过厚，而过低的浓度则会影响磷的扩散效果。
因此，在扩散过程中要定期监测磷化介质的浓度，并及时进行调整。
最后，磷扩散后的材料需要进行后处理。
一般来说，扩散后的材料表面会出现一些残余磷化物和其他沉淀物。
这些残余物质需要通过清洗和除去的方法进行处理。
清洗时要选择适当的溶剂和清洗剂，以确保彻底去除残余物质，避免对产品质量的影响。
综上所述，磷扩散是一项技术要求较高的表面处理方法，操作人员在进行磷扩散过程中必须严格遵守以上注意事项。
只有确保操作规范和过程稳定，才能获得高质量的磷化层，并保证产品的性能和可靠性。
光伏电池磷扩散炉工艺温度
光伏电池磷扩散炉工艺温度光伏电池磷扩散炉是光伏电池制造过程中的一个重要设备，用于向硅片表面扩散磷元素，形成P-N结。
工艺温度是磷扩散炉中最为关键的参数之一，对于光伏电池的性能和效率有着重要影响。
在磷扩散炉工艺中，温度是一个至关重要的因素。
适当的温度可以保证磷元素与硅片表面有效地相互作用，形成均匀、致密的P-N结。
而过高或过低的温度都会对电池性能产生不利影响。
一般来说，磷扩散炉的工艺温度通常在800°C到950°C之间。
具体的温度选择取决于硅片的类型、厚度和制造工艺等因素。
在常规的硅片制造中，常用的工艺温度为850°C左右。
较低的温度会导致磷元素的扩散速率较慢，无法达到预期的效果，P-N结的形成不完整，影响光伏电池的性能。
而较高的温度则可能导致硅片表面的磷元素过度扩散，形成厚度不均匀的磷扩散层，从而影响电池的光电转换效率。
在磷扩散炉工艺中，除了温度外，还需要考虑磷源的浓度和扩散时间等因素。
这些参数之间存在相互影响，需要在实际制造过程中进行综合考虑。
一般来说，较高的磷源浓度和较长的扩散时间可以弥补较低的温度对扩散速率的影响，但同时也会增加产品的制造成本。
磷扩散炉工艺温度的控制也需要考虑设备本身的性能和稳定性。
炉温的均匀性和稳定性对于扩散过程的控制至关重要，需要通过先进的温度控制技术和设备来实现。
总的来说，光伏电池磷扩散炉工艺温度是影响光伏电池性能和效率的重要因素之一。
合适的工艺温度可以保证磷元素与硅片的有效扩散，形成均匀、致密的P-N结。
在实际制造中，需要综合考虑硅片的类型、厚度和制造工艺等因素，选择适当的温度参数。
同时，还需要考虑磷源浓度、扩散时间和设备的性能稳定性等因素。
通过合理控制工艺温度，可以提高光伏电池的性能和效率，推动光伏产业的发展。
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。
光伏电池——TOPCON电池LPCVD工艺流程解析
一、LPCVD工艺原理1.L P的工艺原理与目的：2.原理：用加热的方式，在低压条件下使气态化合物在硅片表面反应并沉积成固体薄膜3.目的：在硅片背面沉积一层超薄氧化层提供良好的界面钝化，同时提供不同载流子隧穿势垒，氧化层上沉积一层非晶硅增加电子的迁移速率同时抑制空穴的迁移速率（形成能带弯曲和异质结接触），另外非晶硅与金属接触，起到电子传输桥梁的作用。
4.氧化层沉积原理：高温通氧气，氧气和硅反应生产氧化硅，反应方程式：O2+Si=SiOx非晶硅沉积原理：高温通硅烷，硅烷热分解成硅和氢气，反应方程式：SiH4（气）=Si（固）+H22.1、氧化层的形成机理：在反应过程中，硅表面未饱和硅原子与氧原子结合生成二氧化硅薄膜，之后由于已生成的SiO2薄膜会阻止氧原子和硅表面，氧原子会以扩散的方式继续通过氧化层，到达SiO2/Si界面，继续与内部原子发生反应。
通过控制反应时间和剂量，可以实现膜层厚度控制。
所以SiO2膜层在一定程度上能有效降低硅表面的悬挂键密度，从而很好的通过控制界面缺陷和固定电荷，实现表面态密度的降低，同时SiO2/Si界面的复合速率也能有效降低，从而起到钝化作用。
2.2、氧化层的影响因素：由于实际的硅片表面外面无其他原子存在，表面的硅原子有未饱和的悬挂键，会形成很多表面形态，引入表面能级，即表面复合。
SiO2钝化方法即硅片表面的氧化的氧化钝化法，通过通入氧气在高温条件下硅片表面形成一层SiO2膜层。
SiOx生长的影响因素时间温度流量压力3.1、Poly层形成过程：多晶Si薄膜淀积本质：一种复相物理-化学过程生产过程：参加反应的气体被输送到淀积区；反应物分子由主气流扩散到达衬底表面；反应物分子吸附在衬底表面上；吸附物分子间或吸附分子与气体分子间发生化学反应，生产si原子和化学反应副产物，si原子沿衬底表面迁移并结合进入晶体点阵内；反应副产物分子从衬底表面解吸；副产物分子由衬底表面外扩散到主气流中然后排除沉积区。
扩散工艺
扩散工艺扩散技术目的在于控制半导体中特定区域内杂质的类型、浓度、深度和PN结。
在集成电路发展初期是半导体器件生产的主要技术之一。
但随着离子注入的出现，扩散工艺在制备浅结、低浓度掺杂和控制精度等方面的巨大劣势日益突出，在制造技术中的使用已大大降低。
3．1 扩散机构3．1．1 替位式扩散机构这种杂质原子或离子大小与Si原子大小差别不大，它沿着硅晶体内晶格空位跳跃前进扩散，杂质原子扩散时占据晶格格点的正常位置，不改变原来硅材料的晶体结构。
硼、磷、砷等是此种方式。
3．1．2 填隙式扩散机构这种杂质原子大小与Si原子大小差别较大，杂质原子进入硅晶体后，不占据晶格格点的正常位置，而是从一个硅原子间隙到另一个硅原子间隙逐次跳跃前进。
镍、铁等重金属元素等是此种方式。
3．2 扩散方程∂N / ∂t = D*2N / ∂x2N=N（x，t）杂质的浓度分布函数，单位是cm-3D：扩散系数，单位是cm2/s加入边界条件和初始条件，对上述方程进行求解，结果如下面两小节所诉。
3．2．1 恒定表面浓度扩散整个扩散过程中，硅片表面浓度NS 保持不变N（x，t）=NSerfc（x/（2*（Dt）1/2））式中erfc称作余误差函数，因此恒定表面浓度扩散分布符合余误差分布。
3．2．2．限定源扩散杂质源限定在硅片表面薄的一层，杂质总量Q是常数。
N（x，t）=（Q/（ Dt）1/2）*exp（-X2/4Dt）exp（-X2/4Dt）是高斯函数，因此限定源扩散时的杂质分布是高斯函数分布。
由以上的求解公式，可以看出扩散系数D以及表面浓度对恒定表面扩散的影响相当大3．2．3 扩散系数扩散系数是描述杂质在硅中扩散快慢的一个参数，用字母D表示。
D大，扩散速率快。
D与扩散温度T、杂质浓度N、衬底浓度N、扩散气氛、衬底晶向、缺陷等因素有关。
Bexp（-E/kT）D=DT：绝对温度；K：波尔兹曼常数；E：扩散激活能D：频率因子3．2．4 杂质在硅中的固溶度杂质扩散进入硅中后，与硅形成固溶体。
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。
一种topcon电池中磷扩散工艺
一种topcon电池中磷扩散工艺
磷扩散工艺是一种常见的半导体工艺，用于在晶体硅片上形成磷掺杂区域，以改变硅片的导电性能。
在Topcon电池中，磷扩散工艺通常用于形成电池的n型掺杂区域，以增强电池的光电转换效率和性能。
这种工艺可以通过以下步骤实现：
1. 清洗，首先，晶体硅片经过严格的清洗和去除表面氧化物的处理，以确保磷掺杂可以均匀地扩散到硅片的表面。
2. 磷源扩散，在清洗后的硅片表面涂覆磷化合物作为磷源，然后将硅片置于高温炉中进行扩散处理。
在高温下，磷化合物分解并释放出磷原子，这些磷原子会扩散到硅片表面并与硅原子结合，形成n型掺杂区域。
3. 退火处理，扩散完成后，通常需要进行退火处理，以消除因扩散过程导致的晶格缺陷，并恢复硅片的晶体结构和电学性能。
通过这种磷扩散工艺，Topcon电池可以实现更高的光电转换效率和更好的性能表现。
此外，工艺参数的优化和控制对于确保扩散区域的均匀性和稳定性也至关重要。
同时，工艺中所用的化学物质
和工艺条件也需要严格控制，以确保电池的质量和稳定性。
总的来说，磷扩散工艺在Topcon电池制造中起着至关重要的作用，对于提高电池性能和降低生产成本具有重要意义。
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。
扩散操作规程
四.气体流量、阀门及开关量控制
在手动操作屏右侧，有“气体流量控制”和“阀 门及开关量控制”两个区域，在这两个区域可对 电磁阀状态、气体流量大小以及其它一些开关量 状态进行设置。设置键为右侧下面的“+1”等按 钮。在设置各路气体的流量时，相应气路的电磁 阀或气动阀将自动打开（后阀除外）。在“气体 流量设置”区域的右侧有一个测量值区域，显示 气路中的实际流量。流量的设定值和显示值的单 位均为mL/Min。 在手动操作屏、自动运行屏和恒温区调整屏的转 换中，气体流量、阀门及开关量的设置状态将得 到保持。
扩散操作屏作业
磷扩散工艺过程
清洗
扩散
饱和 回温 装片
关源，退舟
卸片
送片
方块电阻测量
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TCA6h清洗石英管。做TCA前先要确认管 路的正确. 清洗开始时，若在手动状态下要先开O2， 再开TCA；清洗结束后，先关TCA，再关 O2。 清洗结束后，进行饱和，待扩散。
进入工艺自动运行屏（此时将启动自动运行状态下的 温度曲线记录）。
三.手动状态实时温度曲线和流量曲 线显示
温度曲线是由计算机读回的扩散氧化炉的控制热 偶的测量值进行绘制的，左端温度记录曲线显示 为白色线条，中点温度记录曲线显示为洋红色线 条，右端温度记录曲线显示为绿色线条。 本屏顶部有实时时间显示。建议隔一个月左右将 所有的计算机时钟参照一个标准时钟作一次调整， 因为计算机的实时时钟作为长时间计时是不太准 确的。 本操作界面还有流量曲线显示，操作同温度曲线 显示，通过手动操作屏的“温度曲线/流量曲线” 进行温度曲线显示和流量曲线显示的转换。
磷 扩散 硅 氧化硅
磷扩散硅氧化硅磷是一种常见的元素，广泛应用于许多领域。
在半导体工业中，磷在硅材料中的扩散过程具有重要的意义。
本文将探讨磷在硅材料中的扩散过程，并介绍硅材料中的氧化硅。
磷的扩散是指将磷原子引入到硅材料中的过程。
在半导体工业中，磷的扩散是制备n型硅材料的重要方法之一。
n型硅材料是指掺杂有电子供体杂质的硅材料，具有导电性能。
磷的扩散过程一般通过高温扩散法实现，即将硅材料与含有磷杂质的气体接触，在高温下使磷原子从气体中扩散到硅材料中。
磷的扩散过程是一个复杂的物理化学过程。
在扩散过程中，磷原子首先要与硅材料表面的硅原子发生反应，形成一层磷化物。
然后，磷原子从磷化物层向硅材料内部扩散。
扩散速率取决于扩散温度、时间和硅材料的电子结构等因素。
通过控制扩散参数，可以实现对硅材料中磷杂质浓度的精确控制，从而实现对n型硅材料电性能的调控。
氧化硅是一种常见的化合物，也是硅材料中常见的氧化物。
氧化硅具有优良的绝缘性能和稳定性，因此在半导体工业中被广泛应用。
氧化硅可以用于制备电容器、绝缘层等器件，也可以用于制备硅材料的保护层。
氧化硅的制备方法有多种，其中最常见的是热氧化法和化学气相沉积法。
热氧化法是将硅材料放置在高温氧气中，使氧气与硅材料表面发生反应生成氧化硅层。
热氧化法具有简单、成本低、制备速度快等优点，因此被广泛应用。
化学气相沉积法是利用化学气相反应在硅材料表面沉积氧化硅薄膜。
该方法可以实现对氧化硅薄膜的精确控制，薄膜质量较高。
在半导体工业中，磷的扩散和氧化硅的制备是两个关键的工艺步骤。
磷的扩散过程可以实现对硅材料电性能的调控，而氧化硅的制备则可以实现对硅材料的绝缘和保护。
这两个工艺步骤的优化和控制对于半导体器件的性能和可靠性具有重要意义。
磷的扩散和硅材料中的氧化硅是半导体工业中的重要工艺步骤。
磷的扩散可以实现对硅材料电性能的调控，而氧化硅的制备可以实现对硅材料的绝缘和保护。
这两个工艺步骤的优化和控制对于半导体器件的性能和可靠性具有重要意义。
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。
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PN结的制造
制作太阳电池的硅片是P型的，也就是说在制造硅片时， 已经掺进了一定量的硼元素，使之成为P型的硅片。如 果我们把这种硅片放在一个石英容器内，同时对此石 英容器内加热到一定温度，并将含磷的气体通入这个 石英容器内，这时施主杂质磷可从化合物中分解出来， 在容器内充满着含磷的蒸汽，把硅片团团包围起来， 因此磷原子能从四周进入硅片的表面层，并且通过硅 原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散。在硅片的整个 外表面就形成了N型，而其内部还是原始的P型，这样 就达到了在硅片上形成了所要的P-N结。----这就是所 说的扩散。
设备和操作比较复杂。扩散硅片表面状态好，ｐ-ｎ结面 平整，均匀性，重复性较好，工艺成熟。
氮化硼固 设备简单，操作方便，扩散硅片表面状态好，ｐ-ｎ结面 态源扩散 平整，均匀性，重复性比液态源扩散好适合于大批量生
产。
POCl3 简介
• POCl3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。
扩散的原理
• 1、扩散：由于物体内部的杂质浓度或温度不均匀而产生的 一种使浓度或温度趋于均匀的定向运动。
• 2、杂质在半导体中的扩散：由杂质浓度梯度引起的一种使 杂质浓度趋于均匀的杂质定向运动。
• 3、间隙式扩散：杂质进入晶体后，仅占据晶格间隙，在浓 度梯度作用下，从一个原子间隙到另一个相邻的原子间隙 逐次跳跃前进。每前进一个晶格间距，均必须克服一定的 势垒能量。
• N型区域磷浓度和扩散结深共同决定着方块电阻的大小。 方块电阻的大小与磷杂质浓度和扩散结深成正比。
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 ４．固态源扩散
用三氯氧磷液态源扩散是目前太阳电池行业里普 遍采用的方法。
各种扩散方法比较
压缩 空气 O2 N2 N2
太阳电池对扩散的要求
• 对扩散的要求是获得适合于太阳电池p-n结需要的 结深和扩散层方块电阻。浅结死层小，电池短波响 应好，而浅结引起串联电阻增加，只有提高栅电极 的密度，才能有效提高电池的填充因子，这样，增 加了工艺难度；结深太深，死层比较明显，如果扩 散浓度太大，则引起重掺杂效应，使电池开路电压 和短路电流均下降，实际电池制作中，考虑到各个 因素，太阳电池的结深一般控制在0.3～0.5m，方 块电阻均20～70/□ 。
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
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。扩散温度决定 了磷在硅晶体中扩散速度的大小。扩散速度和扩散时间的 乘积确定P-N的深度。
4PCl5+5O2=====2P2O5+10Cl2↑
• 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
• 在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：
2Si+2POCl3+O2===2SiO2+2P↓+3Cl2↑
• 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池是非常重要的。
扩散方法 简单涂布
源扩散
二氧化硅 乳胶源涂
布扩散 液态源扩
散
比
较
设备简单，操作方便。工艺要求较低，比较成熟。扩散 硅片中表面状态欠佳，ｐ-ｎ结面不太平整，对于大面积 硅片薄层电阻值相差较大。
设备简单，操作方便，扩散硅片表面状态良好，ｐ-ｎ结 平整。均匀性，重复性较好。改进涂布设备。可以适用 自动化，流水线生产。
• 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
磷扩散
—太阳电池制造的核心工序
PN结——太阳电池的心脏
• 扩散的目的：形成PN结
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。也就 是要在晶体内部实现P型和N型半导体的接触。
• 制造PN结，实质上就是想办法使受主杂质（P 型）在半导体晶体内的一个区域中占优势，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 。
磷扩散工艺过程
石英管清洗
扩散
饱和 装片
• 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：
5POCl3====P2O5+3PCl5
• 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====5SiO2+4PPCl5是不易分解的，并且对硅片表面 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：