磷擴(kuò)散工藝PPT精選文檔

1、1磷磷擴(kuò)散擴(kuò)散太陽太陽電池制造的核心工序電池制造的核心工序2PN結(jié)結(jié)太陽電池的心臟太陽電池的心臟 擴(kuò)散的目的：形成PN結(jié)3PN結(jié)的制造結(jié)的制造 制造一個PN結(jié)并不是把兩塊不同類型（P型和N型）的半導(dǎo)體接觸在一起就能形成的。也就是要在晶體內(nèi)部實現(xiàn)P型和N型半導(dǎo)體的接觸。 制造PN結(jié)，實質(zhì)上就是想辦法使受主雜質(zhì)（P型）在半導(dǎo)體晶體內(nèi)的一個區(qū)域中占優(yōu)勢，而使施主雜質(zhì)（N型）在半導(dǎo)體內(nèi)的另外一個區(qū)域中占優(yōu)勢，這樣就在一塊完整的半導(dǎo)體晶體中實現(xiàn)了P型和N型半導(dǎo)體的接觸 。4PN結(jié)的制造結(jié)的制造制作太陽電池的硅片是P型的，也就是說在制造硅片時，已經(jīng)摻進(jìn)了一定量的硼元素，使之成為P型的硅片。如果我們把這種硅

2、片放在一個石英容器內(nèi)，同時對此石英容器內(nèi)加熱到一定溫度，并將含磷的氣體通入這個石英容器內(nèi)，這時施主雜質(zhì)磷可從化合物中分解出來，在容器內(nèi)充滿著含磷的蒸汽，把硅片團(tuán)團(tuán)包圍起來，因此磷原子能從四周進(jìn)入硅片的表面層，并且通過硅原子之間的空隙向硅片內(nèi)部滲透擴(kuò)散。在硅片的整個外表面就形成了N型，而其內(nèi)部還是原始的P型，這樣就達(dá)到了在硅片上形成了所要的P-N結(jié)。-這就是所說的擴(kuò)散。5擴(kuò)散的原理擴(kuò)散的原理 1、擴(kuò)散：由于物體內(nèi)部的雜質(zhì)濃度或溫度不均勻而產(chǎn)生的一種使?jié)舛然驕囟融呌诰鶆虻亩ㄏ蜻\動。 2、雜質(zhì)在半導(dǎo)體中的擴(kuò)散：由雜質(zhì)濃度梯度引起的一種使雜質(zhì)濃度趨于均勻的雜質(zhì)定向運動。 3、間隙式擴(kuò)散：雜質(zhì)進(jìn)入晶體后

3、，僅占據(jù)晶格間隙，在濃度梯度作用下，從一個原子間隙到另一個相鄰的原子間隙逐次跳躍前進(jìn)。每前進(jìn)一個晶格間距，均必須克服一定的勢壘能量。 4、替位式擴(kuò)散：雜質(zhì)進(jìn)入晶體后，占據(jù)晶格原子的原子空位（空格點），在濃度梯度作用下，向鄰近原子空位逐次跳躍前進(jìn)。每前進(jìn)一步，均必須克服一定的勢壘能量。6擴(kuò)散裝置示意圖7擴(kuò)散裝置圖片擴(kuò)散裝置圖片8擴(kuò)散爐正視圖擴(kuò)散爐正視圖 擴(kuò)散裝置圖片排 風(fēng)排廢口推舟機(jī)構(gòu)計算機(jī)控制柜 凈化操作臺 總電源進(jìn)線 爐體柜進(jìn)氣氣源柜排廢口9擴(kuò)散爐氣路系統(tǒng)擴(kuò)散爐氣路系統(tǒng)壓縮空氣O2 N2 N210太陽電池對擴(kuò)散的要求太陽電池對擴(kuò)散的要求 對擴(kuò)散的要求是獲得適合于太陽電池p-n結(jié)需要的結(jié)深和擴(kuò)

4、散層方塊電阻。淺結(jié)死層小，電池短波響應(yīng)好，而淺結(jié)引起串聯(lián)電阻增加，只有提高柵電極的密度，才能有效提高電池的填充因子，這樣，增加了工藝難度；結(jié)深太深，死層比較明顯，如果擴(kuò)散濃度太大，則引起重?fù)诫s效應(yīng)，使電池開路電壓和短路電流均下降，實際電池制作中，考慮到各個因素，太陽電池的結(jié)深一般控制在太陽電池的結(jié)深一般控制在0.30.5 m，方塊電阻均2070/ 。11影響擴(kuò)散的因素 管內(nèi)氣體中雜質(zhì)源的濃度 擴(kuò)散溫度 擴(kuò)散時間12影響擴(kuò)散的因素管內(nèi)氣體中雜質(zhì)源濃度的大小決定著硅片N型區(qū)域磷濃度的大小。但是沉積在硅片表面的雜質(zhì)源達(dá)到一定程度時，將對N型區(qū)域的磷濃度改變影響不大。 擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時間對擴(kuò)散結(jié)深影響

5、較大。擴(kuò)散溫度決定了磷在硅晶體中擴(kuò)散速度的大小。擴(kuò)散速度和擴(kuò)散時間的乘積確定P-N的深度。 N型區(qū)域磷濃度和擴(kuò)散結(jié)深共同決定著方塊電阻的大小。方塊電阻的大小與磷雜質(zhì)濃度和擴(kuò)散結(jié)深成正比。13太陽電池磷擴(kuò)散方法三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴(kuò)散噴涂磷酸水溶液后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散固態(tài)源擴(kuò)散用三氯氧磷液態(tài)源擴(kuò)散是目前太陽電池行業(yè)里普遍采用的方法。14各種擴(kuò)散方法比較各種擴(kuò)散方法比較擴(kuò)散方法 比 較 簡單涂布源擴(kuò)散 設(shè)備簡單，操作方便。工藝要求較低，比較成熟。擴(kuò)散硅片中表面狀態(tài)欠佳，-結(jié)面不太平整，對于大面積硅片薄層電阻值相差較大。 二氧化硅乳膠源涂布擴(kuò)散 設(shè)備簡單，操作方便，擴(kuò)散硅片表面

6、狀態(tài)良好，-結(jié)平整。均勻性，重復(fù)性較好。改進(jìn)涂布設(shè)備?？梢赃m用自動化，流水線生產(chǎn)。 液態(tài)源擴(kuò)散設(shè)備和操作比較復(fù)雜。擴(kuò)散硅片表面狀態(tài)好，-結(jié)面平整，均勻性，重復(fù)性較好，工藝成熟。 氮化硼固態(tài)源擴(kuò)散 設(shè)備簡單，操作方便，擴(kuò)散硅片表面狀態(tài)好，-結(jié)面平整，均勻性，重復(fù)性比液態(tài)源擴(kuò)散好適合于大批量生產(chǎn)。 15POCl3 簡介 POCl3是無色透明有窒息性氣味的毒性液體，所以要求擴(kuò)散系統(tǒng)必須有很高的密封性，特別是源瓶進(jìn)出口兩端最好用聚四氟乙烯來連接，若用其它塑料管或乳膠管連接時易被腐蝕，需要經(jīng)常更換新管。接口處用聚四氟帶封閉，由系統(tǒng)流出的氣體應(yīng)通進(jìn)排風(fēng)管道連接到室外，不能泄露在室內(nèi)。 源瓶要嚴(yán)加密封，切勿

7、讓濕氣進(jìn)入源瓶，因為POCl3易吸水汽而變質(zhì)，使擴(kuò)散表面濃度上不去，其反應(yīng)式如下：2POCl3+3H2OP2O5+6HCl所以如果發(fā)現(xiàn)POCl3出現(xiàn)淡黃色時就不能再用了。 16POCl3磷擴(kuò)散原理 POCl3在高溫下（600）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反應(yīng)式如下：5POCl3=P2O5+3PCl5 生成的P2O5在擴(kuò)散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反應(yīng)式如下：2P2O5+5Si=5SiO2+4P17 由上面反應(yīng)式生成的PCl5是不易分解的，并且對硅片表面有腐蝕作用，破壞硅片的表面狀態(tài)。但在有外來O2存在的情況下，PCl5會進(jìn)一步分解成P2O5

8、并放出氯氣（Cl2）其反應(yīng)式如下： 4PCl5+5O2=2P2O5+10Cl2 生成的P2O5又進(jìn)一步與硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可見，在磷擴(kuò)散時，為了促使POCl3充分的分解和避免PCl5對硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮氣的同時通入一必須在通氮氣的同時通入一定流量的氧氣定流量的氧氣 。POCl3磷擴(kuò)散原理18 在有氧氣的存在時，POCl3熱分解的反應(yīng)式為： 2Si+2POCl3+O2=2SiO2+2P+3Cl2 POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應(yīng)生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一層磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中進(jìn)行擴(kuò)散 。 POCl3液態(tài)源擴(kuò)散方法具有

9、生產(chǎn)效率較高，得到PN結(jié)均勻、平整和擴(kuò)散層表面良好等優(yōu)點，這對于制作具有大面積結(jié)的太陽電池是非常重要的。POCl3磷擴(kuò)散原理19磷擴(kuò)散工藝過程石英管清洗飽和裝片送片回溫擴(kuò)散關(guān)源，退舟方塊電阻測量卸片20清洗 初次擴(kuò)散前，擴(kuò)散爐石英管首先連接TCA（三氯乙烷C2H5Cl3）裝置，當(dāng)爐溫升至設(shè)定溫度，以設(shè)定流量通TCA60分鐘清洗石英管。清洗開始時，先開O2，再開TCA，清洗結(jié)束后，先關(guān)TCA，再關(guān)O2。 清洗結(jié)束后，將石英管連接擴(kuò)散源瓶，待擴(kuò)散。21飽和擴(kuò)散 每班生產(chǎn)前，需對石英管進(jìn)行飽和擴(kuò)散。 爐溫升至設(shè)定溫度時，以設(shè)定流量通小N2（攜源）和O2，使石英管飽和，20分鐘后，關(guān)閉小N2和O2。

10、初次擴(kuò)散前或停產(chǎn)一段時間以后恢復(fù)生產(chǎn)時，需使石英管在950下通源飽和1小時以上。22裝片、送片 戴好防護(hù)口罩和干凈的塑料手套，將清洗甩干的硅片從傳遞窗口取出，放在潔凈臺上。 用吸筆依次將硅片從硅片盒中取出，插入石英舟。 用舟叉將裝滿硅片的石英舟放在碳化硅臂漿上，保證平穩(wěn)，緩緩?fù)迫霐U(kuò)散爐。23回溫、擴(kuò)散 打開O2，等待石英管升溫至設(shè)定溫度。 打開小N2，以設(shè)定流量通小N2（攜源）進(jìn)行擴(kuò)散24關(guān)源、退舟、卸片 擴(kuò)散結(jié)束后，關(guān)閉小N2和O2，將石英舟緩緩?fù)酥翣t口，降溫以后，用舟叉從臂槳上取下石英舟。并立即放上新的石英舟，進(jìn)行下一輪擴(kuò)散。 如沒有待擴(kuò)散的硅片，將臂漿推入擴(kuò)散爐，盡量縮短臂槳暴露在空氣中

11、的時間。 等待硅片冷卻后，將硅片從石英舟上卸下并放置在硅片盒中，放入傳遞窗傳至下道工序。25擴(kuò)散層薄層電阻及其測量在太陽電池擴(kuò)散工藝中，擴(kuò)散層薄層電阻（方塊電阻）是反映擴(kuò)散層質(zhì)量是否符合設(shè)計要求的重要工藝指標(biāo)之一。方塊電阻也是標(biāo)志進(jìn)入半導(dǎo)體中的雜質(zhì)總量的一個重要參數(shù)。 還有一個重要參數(shù)是少子壽命。26方塊電阻的定義 考慮一塊長為l、寬為a、厚為t的薄層如右圖。如果該薄層材料的電阻率為，則該整個薄層的電阻為： 當(dāng)l=a（即為一個方塊）時，R=t?？梢姡瑃代表一個方塊的電阻，故稱為方塊電阻，特記為R=t(/)27擴(kuò)散層薄層電阻的測試 目前生產(chǎn)中，測量擴(kuò)散層薄層電阻廣泛采用四探針法。測量裝置示意圖如

12、圖所示。圖中成直線陳列四根金屬探針（一般用鎢絲腐蝕而成）排列在彼此相距為S一直線上，并且要求探針同時與樣品表面接觸良好，外面一對探針用來通電流、當(dāng)有電流注入時，樣品內(nèi)部各點將產(chǎn)生電位，里面一對探針用來測量2、3點間的電位差。 28磷擴(kuò)散注意事項（一）工藝衛(wèi)生 所有工夾具必須永遠(yuǎn)保持干凈的狀態(tài)，包括吸筆、石英舟、石英舟叉子、碳化硅臂槳。 吸筆應(yīng)放在干凈的玻璃燒杯內(nèi)，不得直接與人體或其它未經(jīng)清洗的表面接觸。 石英舟和石英舟叉應(yīng)放置在清洗干凈的玻璃表面上。碳化硅臂槳暴露在空氣中的時間應(yīng)做到越短越好。29磷擴(kuò)散注意事項（二）安全操作 磷擴(kuò)散的系統(tǒng)應(yīng)保持清潔干燥，如果石英管內(nèi)有水汽存在，就會使管內(nèi)P2O

13、5水解生成偏磷酸（HPO3），使管道內(nèi)出現(xiàn)白色沉積物和粘滯液體，石英舟容易粘在管道上，不易拉出。因此對擴(kuò)散氣體脫水是十分重要的。所有的石英器具都必須輕拿輕放。源瓶更換的標(biāo)準(zhǔn)操作過程：依次關(guān)閉進(jìn)氣閥門、出氣閥門，拔出連接管道，更換源瓶，連接管道，打開出氣閥門、再打開進(jìn)氣閥門。30檢驗標(biāo)準(zhǔn) 擴(kuò)散方塊電阻控制在47-52/之間。同一爐擴(kuò)散方塊電阻不均勻度20%，同一硅片擴(kuò)散方塊電阻不均勻度10%。 表面無明顯因偏磷酸滴落或其他原因引起的污染。31擴(kuò)散工藝常見故障故障表現(xiàn)診 斷措 施擴(kuò)散不到1.攜帶氣體大氮氣量太小，不能將源帶到管前；2.爐門沒關(guān)緊，有源被抽風(fēng)抽走；3.管口抽風(fēng)太大。1.增大N2的攜帶流量；2.將爐門重新定位，確保石英門與石英管口緊貼合。方塊電阻偏高1.擴(kuò)散溫度偏低；2.源量不夠，不能足夠摻