扩散工艺培训

2020/6/8
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扩散原理
PN结的特性
PN结的正向导通性 当P-N结正向连接时，PN结正向电阻很小，通过 PN结的正向电流很大，这是由于外加电场在PN 结中所产生的电场方向相反，空间电荷区变窄。 P区的空穴和N区的电子再这个外加的电场的作用 下不断地流过PN结，使它的电阻大大降低,电流 很容易通过。若外加电压继续上升，则自建电场被减弱和抵消，所以正向 电流随着外加正向电压的增加而逐渐上升。
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扩散原理
PN结的形成
在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质,分 别形成N型半导体和P型半导体。在P型半导体中有
许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在电
场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离
子）是固定不动的。N型半导体中有许多可动的负
电子和固定的正离子。
当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半 导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。空穴和电子相
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扩散原理
扩散机制
磷在硅中的扩散机制分为空位式扩散和替位填
b
隙式扩散。
a
在高温情况下，硅原子在其平衡位置附近振动。 当某一原子偶然地获得足够的能量而离开晶格 位置，成为一个填隙原子，同时产生一个空位。
e
c
d
当邻近的原子向空位迁移时，这种机理称为空 位扩散。 假如填隙原子从一处移向另一处而并不占据晶
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扩散原理
PN结的特性
PN结的反向截止性 当P-N结反向连接时，P-N结呈现很大的电阻， 通过P-N结中的电流很小。这是由于外加电池 在P-N结中所产生的电场方向用P-N结自建电 场方向相同。电场变强，空间电荷区变厚， 阻止电子和空穴流通，从而电流很难流过。 这就是反方向连接的电流很小的原因。
扩散工艺
工艺技术部 高勇
Summary
Summary
电池工作原理 扩散原理 Tempress扩散炉 异常情况
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电池工作原理
晶体硅太阳能电池的生产工序
制绒
扩散
刻蚀
去 PSG
PECVD
当用适当波长的光照射非均匀半导体(pn结 等)时，由于内建电场的作用，半导体内部 产生电动势（光生电压）；如将pn结短路， 则会出现电流（光生电流）。这种由内建电 场引起的光电效应，称为光生伏特效应。
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扩散原理
扩散
扩散是一种高温制程，是常规硅太阳电池工艺中，形成PN结的主要方法。 扩散是一种由热运动所引起的杂质原子和基体原子的输运过程，将掺杂杂
质沉积到硅片表面，由于热运动，原子从一个位置运动到另一个位置，基 体原子与杂质原子不断地相互混合，从而改变基片表面层杂质掺杂。 在以硅为底材的半导体制程中,主要有两种不同形态的Dopant：P-type,Ntype。 扩散的目的在于控制PN结的性能，半导体中特定区域内杂质的类型、浓度、 深度。
a. 空位扩散
d. 直接交换
b. 填隙扩散
e. 环形交换
c. 替位填隙扩散
格位置，则称为填隙扩散。一个比主原子小的原子通常做填隙式运动。
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扩散原理
POCL3扩散步骤
多晶扩散的一般步骤分为： 升温 > 氧化 > 预沉积 > 再分布 > 氧化 > 吸杂（黑字步骤不可缺少） 升温：将炉管内温度升到工艺需要的温度； 氧化：减少死层影响，提高表面钝化； 预沉积：在硅片表面进行杂质的沉积； 再分布：表面沉积的杂质向硅片内部扩散； 吸杂：将多晶硅片内部的金属杂质分凝并吸除，减少少子复合。
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发电原理示意图
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扩散原理
PN结的作用
太阳能发电利用了光射入半导体时引起的光 生伏特效应。当太阳光照射到电池片正表面时， 光子会透过减反射膜，照射到硅表面，导带电 子吸收了光子能量后被激发，跃迁成为自由电 子，留下一个带正电的空位形成空穴。电子和 空穴在内建电场的作用下分别向PN结的两端运 动，形成光电流，两种电荷聚集在PN结两端形 这就是太阳能电池的发电 成了电位差。此时在PN结两端加上负载，便会 原理，PN结起电源的作用。 形成回路，有电流通过负载。
遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，
却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。
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扩散原理
PN结的形成
在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。 因浓度差，多子的扩散运动，由杂质离子形成空间电荷区，空间电荷区形
成内电场，内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散，最后多子的扩散和 少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧，留下 离子薄层，这个离子薄层形成的空间电 荷区称为PN结。PN结的内电场方向由N 区指向P区。
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扩散原理
扩散
关于扩散车间洁净度： 硅片的扩散是一种半导体掺杂过程，各种形式的污染都将严重影响成品率和
可靠性。 生产中的污染，除了由于化学药剂不纯、气体纯化不良、去离子质量不佳引
入之外，环境中的尘埃、杂质及有害气体、工作人员、设备、工具、日用杂 品等引入的尘埃、毛发、皮屑、油脂、手汗、烟雾等都是重要污染来源。所 以洁净技术是半导体芯片制造过程中的一项重要技术。 SRPV的扩散间净化等级为10000级（即每立方米0.5um以上直径微粒小于35w 个)，与外通道及其他车间保持3pa正压。
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影响氧化的因素
衬底掺杂杂质浓度：杂质会增强氧化速率； 压力影响：压力增大，氧化速率增大； 温度：温度升高，氧化速率增大； 氧化方式：方式不一样，速率也会有差异，如湿氧氧化比干氧氧化快得多； 原有氧化层厚度：氧化所需要的氧需要穿透先前生长的氧化层才能到达硅表面
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扩散原理
氧化的作用
透过氧化层进行扩散，可以减少高浓度浅结扩散中造成的晶格损伤（晶 格缺陷和失配），从而减少‘死层’的影响，使电池的短波响应提高， 使得Voc和Isc提高，故而提高效率。
二氧化硅膜对杂质的掩蔽作用：由于硼、磷、砷、锑等杂质，在二氧化 硅中的扩散速度比在硅中慢得多，所以这些杂质可以利用一定厚度的二 氧化硅膜作为扩散时的掩蔽膜。此原理可以用来设计SE电池。