磷扩散

磷 扩散 太阳电池制造的核心工序 邵爱军邵爱军 1 PN结 太阳电池的心脏 n 扩散的目的形成 PN结 2 PN结的制造 n 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。 n 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。 n 也就是在晶体内部实现 P型和 N型半导 体的接触 。 3 扩散装置示意图 4 PN结的 形成过程 PN结的形成 5 影响扩散的因素 n 管 内 气体中杂质源的浓度 n 扩散温度 n 扩散时间 6 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。 7 POCl3 简介 POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质 源 n 无色透明液体，具有刺激性气味。如果 纯度不高则呈红黄色。 n 比重为 1.67，熔点 2℃ ，沸点 107℃ ，在 潮湿空气中发烟。 n POCl3很容易发生水解， POCl3极易挥发 。 8 POCl3磷扩散原理 n 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 n 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 9 n 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 n 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 。 10 n 在有氧气的存在时， POCl3热分解的反应 式为 n 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 。 11 n 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。 12 磷 扩散工艺过程 清洗 饱和 装片 送片 回温 扩散 关源，退舟 方块电阻测量 卸片 13 清洗 n 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。 n 清洗开始时，先开 O2，再开 TCA；清洗 结束后，先关 TCA，再关 O2。 n 清洗结束后，将石英管连接扩散源瓶， 待扩散。 14 饱和 n 每班生产前，须对石英管进行饱和。 n 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。 n 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。 15 装片 n 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。 n 用 teflon夹子依次将硅片从硅片盒中取 出，插入石英舟。 16 送片 n 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。 17 回温 n 打开 O2，等待石英管升温至设定温度。 18 扩散 n 打开小 N2，以设定流量通小 N2（携源） 进行扩散 19 关源，退舟 n 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。 n 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暴露在空气中 的时间。 20 卸片 n 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。 21 扩散层薄层电阻及其测量 n 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。 n 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。 22 方块电阻的定义 n 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 n当 la（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/□ 23 扩散层薄层电阻的测试 n 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 。 24 磷扩散注意事项（一） 工艺卫生 n 所有工夹具必须永远保持干净的状态，包括 teflon夹子、石英舟、石英舟夹子、碳化硅臂 桨。 n teflon夹子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。 n 石英舟和石英舟夹子应放置在清洗干净的玻 璃表面上。 n 碳化硅臂桨暴露在空气中的时间应做到越短 越好。 25 磷扩散注意事项（二） 安全操作 n 所有的石英器具都必须轻拿轻放。 n 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。 26 检验标准 n 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。 n 表面无明显因偏磷酸滴落或其他原因引 起的污染。 27