扩散培训教材
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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 。
2021/2/11
2
对磷扩散的认识--什么叫扩散
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。
2021/2/11
4
PN结——太阳电池的心脏
扩散的目的:形成PN结
2021/2/11
5
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
2021/2/11
6
2021/2/11
7
扩散装置示意图
2021/2/11
8
POCl3 简介
清洗
扩散
饱和 装片
回温
关源,退舟 卸片
送片
2021/2/11
方块电阻测量
15
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。
2021/2/11
18
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。
2021/2/11
19
回温
打开O2,等待石英管升温至设定温度。
2021/2/11
20
扩散
打开小N2,以设定流量通小N2（携源）进 行扩散
2021/2/11
R l ()(l)
ta t a
n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/□)
2021/2/11
16
饱和
每班生产前,需对石英管进行饱和。 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。
2021/2/11
17
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。
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
5
2
25
2
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 。
对磷扩散的认识--什么叫扩散
太阳能电池的心脏是一个PN结。PN结 是不能简单地用两块不同类型（p型和n型 ）的半导体接触在一起就能形成的。要制 造一个PN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。
2021/2/11
1
对磷扩散的认识--什么叫扩散
2021/2/11
23
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。
方块电阻也是标志进入半导体中的杂质 总量的一个重要参数。
2021/2/11
24
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
2021/2/11
3
ຫໍສະໝຸດ Baidu
对磷扩散的认识--什么叫扩散
在硅片周围包围着许许多多的磷的分 子,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。在有磷渗透的一面就形成了N 型，在没有渗透的一面是原始P型的， 这 样就达到了在硅片内部形成了所要的PN结 。----这就是所说的扩散。
21
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。
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 。
2021/2/11
22
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。
2021/2/11
13
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。
N型区域磷浓度和扩散结深共同决定着方 块电阻的大小。
2021/2/11
14
磷扩散工艺过程
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。
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 。
2021/2/11
9
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:
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
3
2
25
2
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 。
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
5P O 6 0 C C 03lP P C Ol
3
5
25
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
25
2
2021/2/11
10
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
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对磷扩散的认识--什么叫扩散
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。
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PN结——太阳电池的心脏
扩散的目的:形成PN结
2021/2/11
5
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
2021/2/11
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扩散装置示意图
2021/2/11
8
POCl3 简介
清洗
扩散
饱和 装片
回温
关源,退舟 卸片
送片
2021/2/11
方块电阻测量
15
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。
2021/2/11
18
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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19
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
2021/2/11
R l ()(l)
ta t a
n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/□)
2021/2/11
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饱和
每班生产前,需对石英管进行饱和。 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。
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 时通入一定流量的氧气 。
对磷扩散的认识--什么叫扩散
太阳能电池的心脏是一个PN结。PN结 是不能简单地用两块不同类型（p型和n型 ）的半导体接触在一起就能形成的。要制 造一个PN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。
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对磷扩散的认识--什么叫扩散
2021/2/11
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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。
方块电阻也是标志进入半导体中的杂质 总量的一个重要参数。
2021/2/11
24
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
2021/2/11
3
ຫໍສະໝຸດ Baidu
对磷扩散的认识--什么叫扩散
在硅片周围包围着许许多多的磷的分 子,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。在有磷渗透的一面就形成了N 型，在没有渗透的一面是原始P型的， 这 样就达到了在硅片内部形成了所要的PN结 。----这就是所说的扩散。
21
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。
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 。
2021/2/11
22
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。
2021/2/11
13
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。
N型区域磷浓度和扩散结深共同决定着方 块电阻的大小。
2021/2/11
14
磷扩散工艺过程
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。
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 。
2021/2/11
9
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:
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
3
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2
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 。
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
5P O 6 0 C C 03lP P C Ol
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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