对磷扩散的认识讲解
磷扩散
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扩散装置示意图
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PN结的形成过程
PN结的形成
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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
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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。
所有的石英器具都必须轻拿轻放。 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。
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检验标准
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%。
表面无明显因偏磷酸滴落或其他原因引 起的污染。
时通入一定流量的氧气 。
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
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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 。
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
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磷扩散注意事项（一）——工艺卫生
所有工夹具必须永远保持干净的状态，包括吸 笔、石英舟、石英舟叉子、碳化硅臂桨。
吸笔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。
石英舟和石英舟叉子应放置在清洗干净的玻璃 表面上。
磷扩散原理
磷扩散原理
磷扩散是一种重要的固体材料表面处理技术，它能够在金属材料表面形成一层磷化物层，从而提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
磷扩散原理是指在高温下，磷原子在金属表面扩散并与金属原子结合形成磷化物层的过程。
本文将对磷扩散原理进行详细介绍。
磷扩散的原理主要包括扩散过程和化合过程两个方面。
首先是扩散过程，磷原子首先需要在金属表面进行扩散。
在高温下，金属表面的晶格结构会变得松散，磷原子便可以比较容易地进入金属晶格之中。
一旦磷原子进入金属晶格，它们就会开始在晶格中自由移动，直到达到平衡浓度。
在扩散过程中，温度是一个非常关键的因素，通常情况下，较高的温度可以加快磷原子的扩散速度，从而缩短扩散时间。
其次是化合过程，当磷原子扩散到金属晶格中后，它们会与金属原子结合形成磷化物层。
这个过程实际上是一个化学反应过程，磷原子与金属原子之间会发生化学键的形成，从而形成磷化物。
这种磷化物层通常具有很高的硬度和耐腐蚀性，能够有效地提高金属材料的性能。
磷扩散原理的实际应用非常广泛，特别是在金属加工和制造领域。
通过磷扩散技术，可以显著提高金属材料的表面硬度和耐磨性，延长材料的使用寿命。
同时，磷化物层还可以提高金属材料的耐腐蚀性能，使其在恶劣环境下仍能保持良好的性能。
总之，磷扩散原理是一种重要的固体材料表面处理技术，它通过磷原子在金属表面的扩散和化合过程，形成磷化物层，从而提高金属材料的性能。
通过对磷扩散原理的深入研究和应用，可以进一步拓展其在金属加工和制造领域的应用范围，为材料表面处理技术的发展做出更大的贡献。
半导体制造工艺之扩散原理概述
半导体制造工艺之扩散原理概述引言半导体器件是现代电子化工程的重要组成部分，而半导体制造工艺中的扩散过程是其中的核心步骤之一。
扩散是指将外部杂质或原子通过加热和蒸发的方式引入半导体晶体内部，从而改变其导电性能的过程。
本文将概述半导体制造工艺中的扩散原理，包括扩散的定义、分类、扩散过程的主要步骤以及应用。
扩散的定义和分类扩散在半导体制造加工中是用于改变材料电学特性和形成器件结构的重要工艺。
它通过在半导体材料中掺杂外部杂质或原子，改变其禁带宽度、导电性能和晶格结构，从而实现对器件特性的控制。
根据掺杂的原子种类和结构变化，扩散可以分为以下几类：1.硼扩散（Boron diffusion）：将硼原子引入到半导体材料中，可以增加材料的p型掺杂浓度。
2.磷扩散（Phosphorus diffusion）：将磷原子引入到半导体材料中，可以增加材料的n型掺杂浓度。
3.氮扩散（Nitrogen diffusion）：将氮原子引入到半导体材料中，可以改变半导体材料的特性，如降低材料的电阻率和增加材料的硬度。
4.氢扩散（Hydrogen diffusion）：将氢原子引入到半导体材料中，可以提高材料的电阻率。
5.金属扩散（Metal diffusion）：在半导体材料中引入金属原子，可以改变材料的特性，如增强导电性能或改变器件结构。
扩散过程的主要步骤扩散过程是一个涉及多个步骤的复杂过程，主要包括以下几个步骤：清洗在扩散之前，半导体晶体需要进行清洗，以去除表面的污染物和杂质，保证扩散过程的准确性和稳定性。
清洗步骤可以使用化学清洗方法或物理清洗方法，如溶剂洗涤、超声波清洗等。
预处理预处理步骤是为了提高扩散效果和降低生产成本而进行的一系列处理。
包括表面氧化、蚀刻、离子注入等工艺，以提高扩散层的质量和一致性。
掺杂掺杂是扩散过程中的核心步骤，通过向半导体晶体中注入外部杂质，改变材料的导电性能。
掺杂过程中需要控制掺杂浓度和深度，以满足器件设计要求。
磷扩散
扩散间洁净度、温度、 扩散间洁净度、温度、湿度
洁净度： 洁净度：万级净化间，净化插片台(净化度：100级)、净化保护柜（净化度:100级） 温度： ± ℃ 温度：23±2℃ 湿度： 湿度：<50%
扩散工段生产操作规程
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 1.开机操作 开机操作 1.1开机前检查确认内容： 1.1.1 检查电源。打开电控柜电源开关。确定整机上电正常，电源指示灯亮。 1.1.2 检查气源。确定氧气、压缩空气、氮气的压力为 0.4-0.6MPa。 1.1.3 检查排气系统。检查各风口排风应有风吸出。 1.1.4 检查水源。确定冷却水进出水阀应在打开状态。 1.1.5 检查源瓶。确认源瓶上的进气出气阀门已打开，各接口连接正常。 1.1.6 检查BV100恒温水槽。确定温度正常。如需开关机，按开关机按钮3秒以上。 1.1.7 检查急停按扭。确定按扭正常。 1.2其它检查内容： 1.2.1 检查净化台。应干净，无废液，无其它物品。 1.2.2 检查接液槽。各面应干净，无废液。 1.2.3 检查气源柜。各面应干净，无废液。 1.2.4 检查BV100水槽。水面正常，水中无杂物。 1.3开启监控系统： 1.3.1 启动计算机。按下电控柜面板上的“上电”按钮 。 1.3.2 启动扩散炉监控系统。双击屏幕上“扩散炉监控系统” 图标，输入密码登陆监 控系统软件。 1.3.3 启动加热。按加热按钮前先将温度设定为0才可操作。 1.3.4 当加热按钮按下后加热指示灯亮时，开机完成。
扩散炉开关机作业
• • • • • • • • 在开机前，先去废气室查看水电气是否准备就绪。 水—冷却水；查看是否有冷却水（将进水开关关闭，听是否有水流的声音） 电—配电柜是否送电(门上有电压显示，如显示380V电压，说明已送电)， 总闸及控制各扩散炉分闸是否合上。 气—大氮、小氮、氧气及压缩空气。在扩散炉最上方有四路进气管，从右 至左分别是压缩空气、氧气、小氮和大氮，查看其控制阀是否打开（一般 情况下是常开，遇特殊情况时才关闭）。查看调压阀是否在正确压力. 在查看水电气准备就绪以后，来到扩散炉控制面板前，先把抽风开关打开， 然后把控制电脑电源打开，等电脑启动完毕后，打开程序，登陆，给各炉 管上电，在程序的手动操作界面，给各炉管通大氮。 在手动操作界面，炉外SV设定目标温度（与将要运行程序的第一步温度相 同），设定完毕后，点确定，看数值是否能够输入，如果不能输入，退出 程序，再进一次，重复上述动作。 在确认上述情况都无误以后，在自动运行界面，选择将要运行的程序，最 后将加热开关打开，开始加热。 关机：在关机前确保程序没有运行任何工艺，然后退出程序，关闭计算机 电源，到废气室查看保护氮阀门是否打开。
硼扩散 磷扩散 差别
硼扩散磷扩散差别
硼扩散和磷扩散是两种常见的半导体材料掺杂技术，它们的差别在于掺杂的元素不同以及掺杂的效果不同。
硼扩散是将硼元素掺入半导体材料中，主要用于制造p型半导体材料。
硼元素的掺入会引起半导体中空穴浓度的增加，从而形成p型材料。
硼扩散的掺入深度比较浅，一般只有几百纳米，因此适用于制造高频器件和功率器件等。
磷扩散是将磷元素掺入半导体材料中，主要用于制造n型半导体材料。
磷元素的掺入会引起半导体中电子浓度的增加，从而形成n型材料。
磷扩散的掺入深度比较深，一般达到几微米甚至更深，因此适用于制造隧道二极管、太阳能电池等。
除了掺杂效果不同，硼扩散和磷扩散的掺杂过程也略有差别。
硼扩散主要通过高温热处理实现，而磷扩散则需要在高温下进行化学反应，通常使用磷酸进行扩散。
总之，硼扩散和磷扩散都是重要的半导体材料掺杂技术，它们在掺杂的元素、掺杂的效果和掺杂过程等方面存在差别。
选择不同的掺杂技术可以满足不同的半导体器件制造需求。
- 1 -。
磷扩散sanjing-1剖析
扩散注意点：
➢ 4、禁止每台扩散炉四进四出。 ➢ 5、扩散间传递窗的里外两扇门不能同时打开，
开门时不能用力过大，防止传递窗门破裂，绝不 允许通过传递窗进行交谈。
扩散基本工艺流程
➢ 打开扩散传递窗 , 对扩散传递窗进行确认 :上道工序的 工艺参数是否在范围内,外观是否有异常,检查上道工序 的出料时间到扩散时间是否超出规定时间(Q time),数量 是否正确等.
4PCl 5O 过 量O2 2P O 10Cl
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➢ 生可P定C成见流l5对的，量硅P在的2片O磷氧5表又扩气面进散。的一时腐步，蚀与为作硅了用作促，用使必，PO须生C在l成3充通Si分O氮2的气和分的磷解同原和时子避通，免入由一此
POCl3磷扩散原理
➢ 在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：
磷扩散
光生伏特效应 简单结构图 POCl3磷扩散原理 扩散基本工艺流程 扩散评定标准 注意事项
--肖海东
光伏效应
➢ 是指当半导体受到光照射时，半导体内部 就会产生电流或电动势的现象。当电池表 面受到光照射时，在电池内部产生的光生 电子-空穴对，扩散到P-N结并受结电场影 响而分开，电子移向N区，空穴移向P区， 这样在P区和N区时间产生了光生电动势， 当外路连接起来时就有电流通过。
动态平衡下的 PN 结
PN 结形成的物理过程
注意： PN 结处于动态平衡时，扩散电流与漂移电流 相抵消，通过 PN 结的电流为零。
动态平衡下的 PN 结图解
利用掺杂工艺，把 P 型半导体和 N 型半导体在原子 级上紧密结合，P 区与 N 区的交界面就形成了 PN 结。
扩散炉总体结构
➢ centrothem扩散炉是主要由以下四个部分组成：
对磷扩散的认识
对磷扩散的认识—半导体特性
硼（B）是三族元素，原子的最外层有三个 价电子，硼原子最外层只有三个电子参加共价 键，在另一个价键上因缺少一个电子而形成一 个空位，邻近价键上的价电子跑来填补这个空 位，就在这个邻近价键上形成了一个新的空位， 我们称这个空位叫“空穴”。这种依靠空穴导 电的半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。 P型半导体中空穴为多数载流子，自由电子为少 数载流子。这种接受自由电子的杂质称为受主 杂质。如下图:
对磷扩散的认识—半导体特性
N型半导体（施主掺杂）--提供自由电子
多余电子
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。
扩散的目的：形成PN结
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 目前采用的是第一种方法。
扩散装置示意图
总体结构分为四大部分： 控制部分 推舟净化部分 电阻加热炉部分 气源部分
排风
排废口
推舟 机构
气源柜
进气
炉体 柜
总电源进 线
对磷扩散的认识—半导体特性
P型半导体（受主掺杂）--接受自由电子
空键 空穴
接受电子
对磷扩散的认识—半导体特性
磷（P）是五族元素，原子的最外层有五个 价电子，磷原子最外层五个电子中只有四个参加 共价键，另一个不在价键上，成为自由电子，失 去电子的磷原子是一个带正电的正离子，正离子 处于晶格位置上，不能自由运动，它不是载流子。 因此，掺入磷的半导体起导电作用的，主要是磷 所提供的自由电子，这种依靠电子导电的半导体 称为电子型半导体，简称N型半导体。N型半导体 上自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 这种提供自由电子的杂质称为施主杂质。如下图：
POCl3磷扩散原理
密度
POCL3的密度为1.82g/cm³，表明其质量较大，有助于其在硅片表 面形成均匀的磷膜。
溶解性
POCL3可溶于有机溶剂，如丙酮、甲醇等，这为其在制备过程中 与其它化学试剂混合提供了便利。
效果。
05
磷扩散的影响因素
温度对磷扩散的影响
温度越高，磷扩散速率越 快
随着温度的升高，分子运动速度加快，扩散 过程中的碰撞频率增加，从而加速了磷原子 的扩散。
温度对扩散系数的影响
扩散系数是描述物质扩散能力的物理量，温 度越高，扩散系数越大，扩散速率越快。
POCL3浓度对磷扩散的影响
POCL3浓度越高，磷扩散速率越快
POCL3的磷供给能力
磷含量
01
POCL3含有丰富的磷元素，可以提供硅片制备过程中所需的磷
源，有助于形成磷硅玻璃和磷膜。
扩散系数
02
POCL3在硅片中的扩散系数较小，表明其扩散速度较慢，需要
较长时间才能形成均匀的磷膜。
溶解度
03
POCL3在硅熔体中的溶解度较低，表明其在硅熔体中的溶解能
力较弱，需要控制温度和浓度以获得较好的磷扩散效果。
在集成电路制造中，磷扩散技术的应 用提高了器件的性能和可靠性，降低 了生产成本，促进了集成电路的发展 。
磷扩散工艺的优化方向
优化磷扩散工艺可以提高磷掺杂的均 匀性和重复性，降低生产成本和提高 器件性能。
优化方向包括改进反应气体流量、温 度和时间等工艺参数，以及探索新型 的磷扩散技术，如等离子体增强磷扩 散等。
高浓度的POCL3溶液中，磷原子的浓度较高，扩散过程中磷原子之间的相互碰撞 频率增加，从而加速了磷原子的扩散。
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b, 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：
POCl3磷扩散原理
c, 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：
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。
PN结——太阳电池的心脏
全文结束Байду номын сангаас
谢谢！
POCl3 简介
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。
POCl3磷扩散原理
a, 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：
POCl3磷扩散原理
对磷扩散的认识—半导体特性
P型半导体（受主掺杂）--接受自由电子
空键 空穴
接受电子
对磷扩散的认识—半导体特性
磷（P）是五族元素，原子的最外层有五个 价电子，磷原子最外层五个电子中只有四个参加 共价键，另一个不在价键上，成为自由电子，失 去电子的磷原子是一个带正电的正离子，正离子 处于晶格位置上，不能自由运动，它不是载流子。 因此，掺入磷的半导体起导电作用的，主要是磷 所提供的自由电子，这种依靠电子导电的半导体 称为电子型半导体，简称N型半导体。N型半导体 上自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 这种提供自由电子的杂质称为施主杂质。如下图：
对磷扩散的认识—半导体特性
N型半导体（施主掺杂）--提供自由电子
多余电子
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。
POCl3磷扩散原理
d, 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 。在有氧气的 存在时，POCl3热分解的反应式为：
POCl3磷扩散原理
e, 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 。
扩散的目的：形成PN结
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 目前采用的是第一种方法。
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
POCl3 简介
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。 升温下与水接触会反应释放出腐蚀有毒易 燃气体。
B
si
P
B
对磷扩散的认识—半导体特性
硅晶体内的共价键 硅晶体的特点是原子之间靠共有电子对连接 在一起。硅原子的4个价电子和它相邻的4个原子 组成4对共有电子对。这种共有电子对就称为 “共价键”。
对磷扩散的认识—半导体特性
硼（B）是三族元素，原子的最外层有三个 价电子，硼原子最外层只有三个电子参加共价 键，在另一个价键上因缺少一个电子而形成一 个空位，邻近价键上的价电子跑来填补这个空 位，就在这个邻近价键上形成了一个新的空位， 我们称这个空位叫“空穴”。这种依靠空穴导 电的半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。 P型半导体中空穴为多数载流子，自由电子为少 数载流子。这种接受自由电子的杂质称为受主 杂质。如下图:
对磷扩散的认识
半导体特性 什么叫扩散 扩散的目的 扩散的方式 扩散的原理
对磷扩散的认识—半导体特性
硅太阳电池生产中常用的几种元素:硅 （Si）、磷（P）、硼（B）元素的原子结 构模型如下：
第三层4个电子 第二层8个电子 第一层2个电子 最外层5个电子 最外层3个电子
Si +14
P +15
对磷扩散的认识--什么叫扩散
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 。
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。