扩散工艺培训资料.ppt1

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8、等离子周边刻蚀 、
8.1等离子体的原理及应用
随着温度的升高，一般物质依次表现为固体、液体和气体。它们统称为物质的 三态。 如果温度升高到10e4K甚至10e5K，分子间和原子间的运动十分剧烈，彼此间 已难以束缚，原子中的电子因具有相当大的动能而摆脱原子核对它的束缚，成为 自由电子，原子失去电子变成带正电的离子。这样，物质就变成了一团由电子和 带正电的的离子组成的混合物 。这种混合物叫等离子体 等离子体。它可以称为物质的第四 等离子体 态。
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光生伏特效应---太阳能电池 4.3 光生伏特效应 太阳能电池
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光生伏特效应---太阳能电池 4.4 光生伏特效应 太阳能电池
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同质结---（表面死层） 4.3 同质结 （表面死层） 异质结的“窗口效应”：光子能量小于宽带隙的N型层，即hv<(Eg)N，可以 透过N型层，在带隙较窄的P型层被吸收。
主要是由于杂质之间的分凝系数（分凝系数,是杂质在固液两相中浓度之比）的差 异，因为硼容易掺杂得比较均匀，而用磷来掺杂时，往往一根单晶榜的头尾的浓 度相差很大，是因为所掺的杂质磷从单晶的头部向尾部富集的缘故。
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1.8不同的材料与电阻率曲线，p-Si在0.5-3Ω.cm的杂质浓度为1016-1017
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1 = σ = ρ R □ • Xj
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6.3.2 在扩散工艺中，另外一种为恒量源扩散，在扩散前，用预沉积法使硅片表面具有 一定量的杂质源Q，整个扩散过程中不在增加杂质源，因而在整个扩散过程中Q 保持不变，随着扩散深度的增加，表面浓度不断下降，称为恒量源扩散。而杂质 在硅中的分布，称为高斯分布。
3.2.5 太阳能电池其它磷扩散 除了目前的三氯氧磷（POCl3）液态源扩散外，还有以下方式扩散 喷涂磷酸二氢铵水溶液后（链式）扩散 丝网印刷磷浆料后（链式）扩散（选择性发射极扩散）
3.2.6 固溶度 在一定的温度下,杂质在硅中有一个最大的溶解度,其对应的杂质浓度,称该温度下 杂质在硅中的固溶度。 杂质的固溶度决定杂质在半导体表面的浓度。 一种元素在其它某种物质中溶解有一定限度，其溶解度大小与两种物质的结构， 分子间力的大小和类型有关。不同杂质在硅中的固溶度差异很大。通常两种元素 的原子半径越大，溶解度越小。原子外层电子数差别越大，溶解度也越小。 砷在硅中的溶解度最大，可高达9.0x1019，比磷高3 倍，比锑高一个数量级。 B在硅中的固溶度大(1000℃时达到5×1020
扩散工艺培训
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1、半导体材料介绍 、
电阻率<10-6称为导体，电阻率在1014-1022Ω.cm称为结缘体，电阻率在10-2109Ω.cm称为半导体，按照其含杂质和成分分为本征半导体、杂质半导体（包括N 型半导体和P型半导体）。
1.1半导体的定义
1.2半导体材料
目前已经广泛应用的半导体材料有：硒、锗、硅、砷化镓、锑化铟、碳化硅等。
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2、扩散间洁净度、温度、湿度 、扩散间洁净度、温度、
2.1洁净度： 2.1洁净度：万级净化间，净化插片台(净化度：100级)、净化保护柜（净 洁净度： 化度:100级）
2.2温度：23± 2.2温度：23±2℃ 温度：23 2.3湿度：<50% 2.3湿度：<50% 湿度：
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3、扩散掺杂源介绍 、
1.3半导体的掺杂
当硅单晶中掺入Ⅴ族元素，如磷、锑、砷等，就会形成N 型导电材料，而当硅中掺 入Ⅲ族元素，如硼、铝等，就会形成P 型导电材料。
1.4 硅片的种类
按照导电类型分为N型或P型。 按照晶体结构分为单晶、多晶、非晶。 按照制造流程分为研磨片、抛光片、外延片。
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1.5 硅料生产流程
多晶硅由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，硅材料主要来源于优质的石英沙，也 称为硅砂。将硅砂经过冶炼提纯从而得到硅。将硅砂转换为硅材料的工艺流程为： 硅砂硅铁（冶金硅含硅97%-99%）-----三氯氢硅-----硅烷-----多晶硅page 4-6（按 照纯度不同，太阳能级和电子半导体级）-----多晶铸锭或拉制单晶----切片
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6.2 影响R□大小的因素
6.2.1温度的影响： 温度的高低，将决定硅片表面的杂质浓度的高低和P-N的结深 6.2.2时间的影响：通源时间、驱入时间 6.2.3小N2的影响：流量的多少 6.2.4源瓶的温度：决定瓶内的蒸汽压，温度越高，挥发性能越大 6.2.5氧气流量：影响到三氯氧磷的反应程度和PSG的厚度，进而影响到磷的扩散 6.2.6其它因素：设备密封性、硅片电阻率及表面洁净状况、源瓶内三氯氧磷的 多 少
Rs =
π
2
•
V I
≈ 4.5324 •
V I
=C•
V I
实际上硅片有一定大小，因此采用修正因子C表示。
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5.3修正因子C C根据被测硅片的尺寸和探针的 间距而定，对于不同的长度l、 宽度 a、厚度b和探针间距s，C 的参考值会有所不同。 通常四探针间距s约为1mm, 那 么a/s远大于40，由下表可知， 修正因子C=4.532
N (x,t) =
Q
π Dt
⋅ exp( − x / 4 Dt )
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6.3.3 实际扩散工艺过程介于上述两种分布之间，根据不同工艺或近似与高斯分布，或 近似与余误差分布。 6.3.4 而太阳能电池扩散，由于结深较浅，表面浓度变化不大，近似为余误差分布计算
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7、TCA炉管清洗工艺 、 炉管清洗工艺
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8.4等离子体刻蚀反应
8.5等离子体刻蚀工艺：硅片周边的P-N结完全去除
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8.6边缘刻蚀控制 8.6边缘刻蚀控制
短路形成途径 由于在扩散过程中，即使采用背靠背扩散，硅片的所有表面（包括边缘） 都将不可避免地扩散上磷。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩 散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路。此短路通道等效于降低并联 电阻。 控制方法 对于不同规格的硅片，应适当的调整辉光功率和刻蚀时间使达到完全去除 短路通道的效果。 在等离子体刻蚀工艺中，关键的工艺参数是射频功率和刻蚀时间。 刻蚀不足：电池的并联电阻会下降。 射频功率过高：等离子体中离子的能量较高会对硅片边缘造成较大的轰击损 伤，导致边缘区域的电性能变差从而使电池的性能下降。在结区（耗尽层）.2等离子体的应用
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8.3等离子体刻蚀原理
等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原 子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行 反应，形成挥发性生成物而被去除。它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获 得良好的物理形貌 。（这是各向同性反应） 这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。 首先，母体分子CF4在高能量的电子 的碰撞作用下分解成多种中性基团或 离子。 CF4---CF3、CF2、CF、F 其次，这些活性粒子由于扩散或者 在电场作用下到达SiO2表面，并在表 面上发生化学反应。 生产过程中，CF4中掺入O2，这样 有利于提高Si和SiO2的刻蚀速率。
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6.3 R□与结深
6.3.1 对于太阳能电池工艺，在扩散过程中，可以认为硅片周围的杂质浓度是恒定的， 不随时间而改变，硅片的表面浓度N s保持不变，称为恒定源扩散。而杂质在硅 中的分布，称为余误差分布。 当x=xj时，浓度为N(xj，t)=N0，N0为硅片自身掺杂浓度，xj即为P-N结的结深
N ( x, t ) = Ns ⋅ erfc ( x / Dt )
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3.2.3 POCL3的化学反应 POCl3是目前太阳能电池行业使用最多的一种掺杂源
N2+O2 小N2
石英炉管
硅片
3.2.4 POCL3化学反应在环境中的副产物 白色的粉末P2O5会与空气中的水分以生化学反应： P2O5+H2O====2HPO3（偏磷酸） 对呼吸道有刺激性。眼接触或致灼伤，造成永久性损害。皮肤接触可致严重灼伤。
温区4 温区
860 860 860 860 860
温区5 温区
860 860 860 860 860
大N2(sccm)
28000 28000 28000 28000 28000
O2(sccm)
小N2(sccm)
1000 2600 2200
大N2：作为保护气体，同时将三氯氧磷吹扫进入炉管，均匀的分布在炉管环境中 O2：与三氯氧磷反应，生成P205，与硅片反应 小N2：作为三氯氧磷的携带气体，增强三氯氧磷的挥发
4、PN结原理介绍 、 结原理介绍
4.1 PN结
在N型和P型半导体的交界面处存在有电子和空穴浓度梯度，N区中的电子就向P 区渗透扩散，扩散的结果是N型区域中邻近P型区域一边的薄层内有一部分电子扩 散到N型中去了。由于这个薄层失去了一些电子，在N区就形成带正电荷的区域。 同样，P型区域中邻近N型区域一边的薄层内有一部分空穴扩散到N型区域一边去 了。由于这个薄层失去了一空穴，在P区就形成了带负电荷的区域。这样在N型区 和P型区交界面的两侧形成了带正、负电荷的区域，叫做空间电荷区
7.1 TCA清洗工艺介绍 炉管在长时间停止使用或湿法清洗后，进行TCA工艺，反应生成的HCL对 炉管进行清洁，CL离子能去除和固定金属粒子（尤其是Na离子） 湿法清洗工艺： 在炉管清洗机的酸槽中，配置HF：HCL：H2O=1：2：10（体积比）的酸 洗液，清洗液没入1/2炉管即可，再使炉管缓慢转动，腐蚀时间为90分钟。
型
型 硅 片
电 子 穴
空
P N
N型 型
空间电荷区
P型 型
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（P-N结） 结
4.2 PN结与光波吸收
① 反射回去的光线 ② 被吸收成电子-空穴对，未到达P-N 结即被复合还原，主要为短波光线， 浅结电池就是将此部分光线吸收 ③ 在P-N结附近转换为电子-空穴对， 在P-N结内建电场的作用下，产生光 生电动势，形成光生电流 ④ 转化成的电子-空穴对，在P-N结较 远处被吸收，极少部分产生光生电 动势 ⑤ 被电池内部吸收，不能转化成电子空穴对，而转换成电池内部热量， 温度上升 ⑥ 长波，没有被电池吸收而投射过去 的部分光线