2.3 電池制造工藝 擴(kuò)散.ppt

1、擴(kuò)散,什么是結(jié)？,富含電子的區(qū)域（N型區(qū)）與富含空穴的區(qū)域（P型區(qū)）的分界處 結(jié)的具體位置在哪里？ 電子濃度和空穴濃度相同的地方,什么是擴(kuò)散？,一種材料通過另一種材料的運(yùn)動(dòng)，是一種自然的化學(xué)過程 是摻雜的一種工藝方法,擴(kuò)散的發(fā)生條件？,一種材料的濃度必須高于另一種材料的濃度 系統(tǒng)內(nèi)部有足夠高 的能量可以使高濃度的材料進(jìn)入或通過另一種材料 常見的擴(kuò)散現(xiàn)象 氣相擴(kuò)散：充壓噴霧罐（空氣清新劑之類） 液相擴(kuò)散：墨水與水混合 固相擴(kuò)散：金鏈子與皮膚,結(jié)的擴(kuò)散形成,雜質(zhì)氣流,擴(kuò)散爐管,+：P型雜質(zhì)原子 ：N型雜質(zhì)原子,大量的雜質(zhì)氣體進(jìn)入密閉空間（擴(kuò)散爐） 雜質(zhì)氣體在擴(kuò)散爐內(nèi)擴(kuò)散（氣相擴(kuò)散） 因?yàn)檫M(jìn)入的雜質(zhì)

2、氣體為N型雜質(zhì)原子，硅材料內(nèi)部為P型雜質(zhì)原子，因?yàn)闈舛鹊年P(guān)系，發(fā)生擴(kuò)散過程 因?yàn)閿U(kuò)散到晶圓內(nèi)部的N型雜質(zhì)原子數(shù)量高于第一層中P型原子數(shù)量，形成N型導(dǎo)電層 發(fā)生從第一層向第二層的擴(kuò)散 同樣，第二層中的N型雜質(zhì)的數(shù)量高于P型，使第二層轉(zhuǎn)變?yōu)镹型 向深處繼續(xù)擴(kuò)散,什么是同型摻雜？,所摻雜質(zhì)與原有雜質(zhì)相同，即在N型硅片中摻入N型雜質(zhì)或在P型硅片中摻入P型雜質(zhì) 摻入的雜質(zhì)原子僅僅在限定區(qū)域中提高了雜質(zhì)原子的濃度，不會(huì)形成結(jié),NP結(jié)與PN結(jié)？,NP結(jié)：摻雜區(qū)中N型原子濃度高 PN結(jié)：摻雜區(qū)中P型原子濃度高,擴(kuò)散的工藝目的？,在硅片表面產(chǎn)生具體摻雜原子的數(shù)量（濃度） 在硅片表面下的特定位置處形成PN（或NP

3、）結(jié) 在硅片表面層形成特定的摻雜原子（濃度）分布,什么是橫向擴(kuò)散？,在擴(kuò)散過程中，只要滿足擴(kuò)散條件，可朝任意方向運(yùn)動(dòng) 橫向擴(kuò)散是指雜質(zhì)原子的橫向運(yùn)動(dòng)，在不希望的摻雜區(qū)進(jìn)行了摻雜，或改變了工藝需要的濃度。,擴(kuò)散工藝步驟,淀積（deposition） 推進(jìn)氧化（drive-in-oxidation）,淀積工藝的影響因素？,特定雜質(zhì)的擴(kuò)散率（diffusivity） 雜質(zhì)在晶圓材質(zhì)的最大固溶度（maximum solid solubility）,擴(kuò)散源的選擇？,液態(tài)源(如溴化硼B(yǎng)Br3，三氯氧磷POCl3) 氣態(tài)源(如三氫化砷AsH3，乙硼烷B2H6) 固態(tài)源(如硼塊（含硼和氮的化合物）),推進(jìn)氧化

4、的目的？,雜質(zhì)在硅片深處的再分布 氧化硅表面,推進(jìn)氧化的影響,若雜質(zhì)是N型，會(huì)發(fā)生所謂的堆積效應(yīng)，增加了硅表層的雜質(zhì)數(shù)量。 若雜質(zhì)是P型，會(huì)發(fā)生相反的效應(yīng)，降低了硅表層的雜質(zhì)數(shù)量。,太陽電池工藝中的擴(kuò)散,擴(kuò)散的目的：形成PN結(jié),擴(kuò)散裝置示意圖,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(shí)間,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,POCl3 的特性,POCl3是目前磷擴(kuò)散用得較多的一種雜質(zhì)源 無色透明液體，具有刺激性氣味。如果純度不高則呈紅黃色。 比重為1.67，熔點(diǎn)2，沸點(diǎn)107，在潮濕空氣中發(fā)煙。 POCl3很容

5、易發(fā)生水解，POCl3極易揮發(fā)。,POCl3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： 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：,由上一頁的反應(yīng)式可以看出，POCl3熱分解時(shí)，如果沒有外來的氧（O2）參與其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且對(duì)硅有腐蝕作用，破壞硅片的表面狀態(tài)。但在有外來O2存在的情況下，PCl5會(huì)進(jìn)一步分解成P2O5并放出氯氣（Cl2）其反應(yīng)式如下： 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(shí)，為了促使POCl3充分的分解和

6、避免PCl5對(duì)硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮?dú)獾耐瑫r(shí)通入一定流量的氧氣 。,POCl3擴(kuò)散過程中通氧氣的原因？,POCl3含氧擴(kuò)散原理？,在有氧氣的存在時(shí)，POCl3熱分解的反應(yīng)式為：,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 。,磷擴(kuò)散工藝過程？,清洗,飽和,裝片,送片,回溫,擴(kuò)散,關(guān)源，退舟,方塊電阻測(cè)量,卸片,清洗,初次擴(kuò)散前，擴(kuò)散爐石英管首先連接TCA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(shí)，先開O2，再開TCA；清洗結(jié)束后，先關(guān)TCA，再關(guān)O2。 清

7、洗結(jié)束后，將石英管連接擴(kuò)散源瓶，待擴(kuò)散。,飽和,每班生產(chǎn)前，須對(duì)石英管進(jìn)行飽和。 爐溫升至設(shè)定溫度時(shí)，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。 初次擴(kuò)散前或停產(chǎn)一段時(shí)間以后恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)，需使石英管在950通源飽和1小時(shí)以上。,裝片,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(tái)上。 用石英吸筆或夾子依次將硅片從硅片盒中取出，插入石英舟。,送片,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。,回溫,打開O2，等待石英管升溫至設(shè)定溫度。,擴(kuò)散,打開小N2，以設(shè)定流量通小N2（攜源）進(jìn)行擴(kuò)散,關(guān)源，退舟,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