硼磷扩散原理以及过程(新)
磷扩散工艺
方块电阻的定义
• 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：
• 当 l=a（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/□)
扩散层薄层电阻的测试
• 源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶，因为POCl3易 吸水汽而变质，使扩散表面浓度上不去，其反应式如 下： 2POCl3+ 3H2O＝P2O5 + 6HCl
所以如果发现POCl3出现淡黄色时就不能再用了。
POCl3磷扩散原理
• 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：
• 4、替位式扩散：杂质进入晶体后，占据晶格原子的原子空 位（空格点），在浓度梯度作用下，向邻近原子空位逐次 跳跃前进。每前进一步，均必须克服一定的势垒能量。
扩散装置示意图
扩散装置图片
扩散炉正视图
排废口
排风
排废口
• 扩散装置图片
推舟机构
气源柜 进气 炉体柜 总电源进线 净化操作台
计算机控制柜
扩散炉气路系统
• 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。 图中成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。
氮化硼固态源扩散设备简单操作方便扩散硅片表面状态好pn结面平整均匀性重复性比液态源扩散好适合于大批量生poclpocl33是无色透明有窒息性气味的毒性液体所以要求扩散系统必须有很高的密封性特别是源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯来连接若用其它塑料管或乳胶管连接时易被腐蚀需要经常更换新管
太阳能电池片硼源扩散综述
收稿日期:2018-12-27太阳能电池片硼源扩散综述吴志明，张威，张宝锋，赵志然(中国电子科技集团公司第四十八研究所,湖南长沙410000)摘要:对国内近十年来硼扩散技术的进展进行了介绍,引用不同科研人员的研究成果说明以下结论:采用旋涂SiO 2纳米浆料作为硼源,能够改善太阳能电池片扩散区域方块电阻的均匀性,粒径越小,均匀性越好;改善管内进气方式,增大硼源进气口距离太阳能电池片的距离,能够改善太阳能电池片扩散区域方块电阻的均匀性;在BBr 3液态源高温扩散过程中引入二氯乙烯,能够提高硼扩散的片内均匀性和片间均匀性。
关键词:太阳能电池片;硼源;均匀性;扩散中图分类号:TN305.4文献标识码:A文章编号:1004-4507(2019)01-0008-04A Review of Boron Source Diffusion in Solar CellWU Zhiming ，ZHANG Wei ，ZHANG Baofeng ，ZHAO Zhirang (The 48th Research Institute of CETC ，Changsha 410000，China)Abstract:Advances in the past decade in boron diffusion technology are introduced ，and showing the following conclusions at which are arrived by citing the research achievements of different scientific researchers:A spin-on SiO 2nanoslurry used as a boron source ，it can improve the uniformity of the solar cell diffusion area square resistance;the smaller the particle size is ，the better the uniformity will be.Improving the intake mode of the gas in the pipe and increasing the distance between the boron source inlet and the solar cell can improve the uniformity of the solar cell diffusion area square resistance;C 2H 2CL 2is added in diffusion process at high temperature by the BBr 3liquid source ，it can improve within-the-wafer uniformity and wafer-to-wafer uniformity of boron diffusion.Key words:Solar cells ；Boron source ；Uniformity ；Diffusion扩散是太阳能电池生产中的关键工艺之一，它可以通过对时间、温度及气氛的调节实现对扩散深度、扩散浓度及其分布的控制，使得太阳能电池片扩散区域的方块电阻大小及均匀性达到工业使用要求。
硼磷扩散原理以及过程
一、硼扩散工艺原理（液态源）目前，液态源硼扩散常用：硼酸三甲酯B(CH3O)3，硼酸三丙酯，三溴化硼B(B2)3，无水硼酸三甲酯B(CH3O)3，为无色透明液体，在室温下挥发形成，具有较高真气压，硼酸三甲酯遇水易分解，升成硼酸和甲醇。
B（CH3O）+ 3H2O=H3BO3 + 3（CH3OH）B（CH3O）500℃以上B2O3 + CO2 + H2O + C2B2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4B硼酸三甲酯在高温（500℃以上）能够分解出三氧化二硼（B2O3），而三氧化二硼在900℃左右又能与硅片起反应，生成硼原子，并沉积在硅片表面，这就是预沉积过程；沉积后在基区窗口表面上生成具有色彩的硼硅玻璃。
二、硼扩散装置：硼再分布：当炉温升到预定温度（1180℃以后）通干O2 20分钟，排除管道内空气，同时加热水浴瓶，是水浴温度达到设定温度值950℃，一切就绪后，即可将正片和陪片一起装入石英舟推入炉子恒温区，先通5分钟干氧，在改通30分钟湿氧，最后通5分钟干氧，时间到即可把硅片拉出石英管，倒在铜块上淬火，防止慢降温时，金从硅体中析出。
一、磷扩散工艺原理5POCl3 >600℃3PCl5 + P2O52P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P4PCl5+5O2 过量O2 2P2O5+6Cl24PCl3+3O2 过量O2 2P2O5+6Cl2磷预沉积时，一般通N2为20～80ml/分，O2为20～40ml/分，O2可通过，也可不通过源。
二、磷扩散装置磷扩散源POCl3是无色透明有窒息性气味的毒性液体，要求扩散系统密封性好，源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道连接。
若用其他塑料管或乳胶管连接易被腐蚀，就需要经常更换。
接口处最好用封口胶，由系统流出气体应通过排风管排到室外，不要泄漏在室内。
源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶。
因为三氯氧磷吸水汽而变质，做扩散温度上不去。
2POCl3+3H2O=P2O5+5HCl发现三氟氧磷出现淡黄色就不能使用。
硼扩散 磷扩散 差别
硼扩散磷扩散差别
硼扩散和磷扩散是半导体制造过程中的两种重要技术。
它们都可以用
来向半导体材料中引入杂质，从而改变材料的导电性能。
然而，硼扩
散和磷扩散在实现方式、扩散速度、扩散深度和效果等方面存在差别。
首先，硼扩散和磷扩散的实现方式不同。
硼扩散通常是在高温下进行
的外延扩散过程，它需要将半导体材料放入硼酸盐中进行扩散，然后
在高温下烧结硼酸盐，形成硼化层。
而磷扩散则需要将磷化氢气体转
化为磷酸盐，并将其喷洒到半导体材料表面，然后将其加热，使磷化
氢分子向表面扩散并融入半导体材料中。
其次，在扩散速度方面，硼扩散和磷扩散也存在差别。
硼扩散速度较慢，需要耗费更长时间来完成。
而磷扩散速度较快，可以在短时间内
完成。
这也使得磷扩散更加适合制造复杂的电子元件。
另外，在扩散深度和效果方面，硼扩散和磷扩散也存在差别。
硼扩散
更适合浅层扩散，可以获得更浅的杂质分布。
而磷扩散可以获得更深
的杂质扩散，因此适用于制造较深的通孔和导体。
总之，硼扩散和磷扩散技术在半导体制造中都有着重要的应用。
它们的差别在于实现方式、扩散速度、扩散深度和效果等方面。
了解硼扩散和磷扩散的差别可以帮助半导体制造商更好地选择适合自己需求的技术，并帮助他们制造出更高性能的电子元件。
硼扩散实验——精选推荐
两步法掺硼杂质（硼扩散）实验一、实验目的和要求：扩散工艺实验是通过平面工艺制造出有晶体管特性的硅平面NPN 晶体管等器件中的氧化、扩散、光刻这三个平面工艺中最基本工艺之一。
硼扩散工艺实验的目的是通过具体的硼扩散工艺操作熟悉硼扩散工艺步骤、了解扩散设备的使用以及进一步掌握和巩固两步法硼扩散工艺的原理和相关知识。
同时了解相关测试和分析手段，以及对工艺环境和成品率进行分析和评价。
二、实验原理：1、杂质浓度分布情况:硼扩散通常分为硼的预沉积（预扩散）和硼的再分布（再扩散）两步进行。
这就是硅平面工艺中所说的两步扩散工艺。
(1) 预沉积：采取恒定表面浓度的扩散方式，在硅片表面沉积上一层杂质原子。
由于扩散温度较低，且扩散时间较短，因此在预沉积过程中，杂质原子在硅片表面的扩散深度较浅。
其杂质分布遵循余误差函数分布。
根据这种扩散的特点可以写出它的初始条件和边界条件为：初始条件： (,0)0N x = (x 扩散结深)边界条件： (0,)N s N t = 和 (,t)0N ∞= (t 扩散时间；为Si 片表面的杂质浓度为恒定值)根据扩散方程 22N N D t x∂∂=∂∂ 和上述条件可解出预淀积杂质分布(,)N x t 表达式:220(,)(1)exp()s N x t N d πλλ=-- (λ为结深的微元) (1)简写为(,)s N x t N erfc = (D 为扩散系数) (2) 式中：erfc 为余误差函数；表面杂质浓度s N 和D 扩散系数主要取决于不同杂质元素和扩散温（0exp()a E D D kT -=,0D 和a E 为实验值）。
注:N s 是半导体内表面处的杂质浓度,它并不等于半导体周围气氛中的杂质浓度。
当气氛中得分压强较低时，在半导体内表面处的杂质溶解度将与其周围气氛中杂质的压强成正比。
当杂质分压强较高时，则与周围气氛中杂质的分压强无关，数值上等于扩散温度下杂质在半导体中的固溶度。
(2) 再分布:是把由预沉积过程在硅片表面淀积了一定杂质的硅片，放入较高温度的扩散炉内加热，使杂质向硅片内部扩散，扩散过程中没有外来杂质的补充，是一种限定源扩散。
扩散工艺的化学原理教学文案
因三氧化二砷有剧毒，砷扩散不象磷扩散那样 广泛地用于一般器件。
1、氧化物源扩散 氧化物源扩散又称固一固扩散，基本原则是在硅片表
面先低温淀积一层掺杂的二氧化硅作为扩散源，然后在高 温下使杂质原子向硅内扩散。
间隙式杂质容易利用间隙运动在间隙中移动，这种杂质是需要避免的。 替位式杂质：扩散速率低的杂质，如砷（As)、磷（P）等。通常利用替代
运动填充晶格中的空位。
杂质原子
替位式杂质
√
间隙式杂质
×
整个扩散工艺过程 开启扩散炉 清洗硅片 预淀积 推进、激活 测试
上表中所列举的杂质源在不同程度上都有毒性。其中 以砷源和磷源毒性最大，尤其是砷和磷的气态源有剧毒又 易爆炸，在使用时应采取相应的安全措施。
§6-4 锑扩散的化学原理
为了减少集电极串联电阻，改善饱和压降，在集成电路 生产时，都在N-P-N 晶体管的集电区下面扩散一层N＋层， 通常称为隐埋层。
隐埋层通常采用锑扩散，因为锑的扩散系数较磷、硼 小，故外延生长时的自掺杂效应也就低，同时又经得起以 后工艺过程中的高温处理。 埋层锑扩散大都使用三氧化二锑（Sb2O3）为杂质源：
扩散工艺的化学原理
扩散工艺: 高温下，将杂质原子向硅、锗晶体内部扩 散。
目的：制造P-N 结，制造集成电路的扩散电阻、埋层 和隔离。
III A族元素杂质：硼 （B）
扩散到硅晶体内部
V A 族元素杂质：磷（P）、锑（Sb）
§6-1 半导体的杂质类型
半导体硅、锗等都是第 IV 族元素。 掺入第 V 族元素（如磷，五个价电子）。杂质电离
硼磷扩散
一、硼扩散工艺原理（液态源）目前，液态源硼扩散常用：硼酸三甲酯B(CH3O)3，硼酸三丙酯，三溴化硼B(B2)3，无水硼酸三甲酯B(CH3O)3，为无色透明液体，在室温下挥发形成，具有较高真气压，硼酸三甲酯遇水易分解，升成硼酸和甲醇。
B（CH3O）+ 3H2O=H3BO3 + 3（CH3OH）B（CH3O）500℃以上B2O3 + CO2 + H2O + C2B2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4B硼酸三甲酯在高温（500℃以上）能够分解出三氧化二硼（B2O3），而三氧化二硼在900℃左右又能与硅片起反应，生成硼原子，并沉积在硅片表面，这就是预沉积过程；沉积后在基区窗口表面上生成具有色彩的硼硅玻璃。
二、硼扩散装置：硼再分布：当炉温升到预定温度（1180℃以后）通干O2 20分钟，排除管道内空气，同时加热水浴瓶，是水浴温度达到设定温度值950℃，一切就绪后，即可将正片和陪片一起装入石英舟推入炉子恒温区，先通5分钟干氧，在改通30分钟湿氧，最后通5分钟干氧，时间到即可把硅片拉出石英管，倒在铜块上淬火，防止慢降温时，金从硅体中析出。
一、磷扩散工艺原理5POCl3 >600℃3PCl5 + P2O52P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P4PCl5+5O2 过量O2 2P2O5+6Cl24PCl3+3O2 过量O2 2P2O5+6Cl2磷预沉积时，一般通N2为20～80ml/分，O2为20～40ml/分，O2可通过，也可不通过源。
二、磷扩散装置磷扩散源POCl3是无色透明有窒息性气味的毒性液体，要求扩散系统密封性好，源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道连接。
若用其他塑料管或乳胶管连接易被腐蚀，就需要经常更换。
接口处最好用封口胶，由系统流出气体应通过排风管排到室外，不要泄漏在室内。
源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶。
因为三氯氧磷吸水汽而变质，做扩散温度上不去。
2POCl3+3H2O=P2O5+5HCl发现三氟氧磷出现淡黄色就不能使用。
扩散工艺的化学原理
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§6-4 锑扩散的化学原理
为了减少集电极串联电阻，改善饱和压降，在集成电路 生产时，都在N-P-N 晶体管的集电区下面扩散一层N＋层， 通常称为隐埋层。
隐埋层通常采用锑扩散，因为锑的扩散系数较磷、硼 小，故外延生长时的自掺杂效应也就低，同时又经得起以 后工艺过程中的高温处理。 埋层锑扩散大都使用三氧化二锑（Sb2O3）为杂质源：
预淀积 推进 激活
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第一步、预淀积
热扩散开始，炉内温度通常设为800到1000 ℃ ，持续 10到30分钟。杂质仅进入硅片表面形成很薄的杂质层， 此称为预淀积。
预淀积的杂质层
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第二步、推进
在不向硅片中增加杂质的基础上，升高温度（1000 到1250 ℃ ），使淀积的杂质层进一步向硅片内部扩 散，并达到规定的结深。
首先淀积掺砷氧化层。然后将淀积好的硅片放入980 ℃左右的高温炉内，在氮气或氮氧混合气体保护下扩散， 15～20 分钟。
在扩散温度下，三氧化二砷被硅还原为砷：
砷杂质原子进而向硅中扩散。
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2、二氧化硅乳胶源扩散
掺杂二氧化硅乳胶源是一种比较新的扩散源，它具有氧 化物源的优点，工艺又简单，且重复性和均匀性较好，可 掺杂的杂质种类多。
间隙式杂质容易利用间隙运动在间隙中移动，这种杂质是需要避免的。 替位式杂质：扩散速率低的杂质，如砷（As)、磷（P）等。通常利用替代
运动填充晶格中的空位。
杂质原子
替位式杂质
间隙式杂质
√
×.
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整个扩散工艺过程 开启扩散炉 清洗硅片 预淀积 推进、激活 测试
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一、硼扩散工艺原理（液态源）
目前，液态源硼扩散常用：硼酸三甲酯B(CH3O)3，硼酸三丙酯，三溴化硼B(B2)3，无水硼酸三甲酯B(CH3O)3，为无色透明液体，在室温下挥发形成，具有较高真气压，硼酸三甲酯遇水易分解，升成硼酸和甲醇。
B（CH3O）+ 3H2O=H3BO3 + 3（CH3OH）
B（CH3O）500℃以上B2O3 + CO2 + H2O + C
2B2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4B
硼酸三甲酯在高温（500℃以上）能够分解出三氧化二硼（B2O3），而三氧化二硼在900℃左右又能与硅片起反应，生成硼原子，并沉积在硅片表面，这就是预沉积过程；沉积后在基区窗口表面上生成具有色彩的硼硅玻璃。
二、硼扩散装置：
硼再分布：当炉温升到预定温度（1180℃以后）通干O2 20分钟，排除管道内空气，同时加热水浴瓶，是水浴温度达到设定温度值950℃，一切就绪后，即可将正片和陪片一起装入石英舟推入炉子恒温区，先通5分钟干氧，在改通30分钟湿氧，最后通5分钟干氧，时间到即可把硅片拉出石英管，倒在铜块上淬火，防止慢降温时，金从硅体中析出。
一、磷扩散工艺原理
5POCl3 >600℃3PCl5 + P2O5
2P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P
4PCl5+5O2 过量O2 2P2O5+6Cl2
4PCl3+3O2 过量O2 2P2O5+6Cl2
磷预沉积时，一般通N2为20～80ml/分，O2为20～40ml/分，O2可通过，也可不通过源。
二、磷扩散装置
磷扩散源POCl3是无色透明有窒息性气味的毒性液体，要求扩散系统密封性好，源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道连接。
若用其他塑料管或乳胶管连接易被腐蚀，就需要经常更换。
接口处最好用封口胶，由系统流出气体应通过排风管排到室外，不要泄漏在室内。
源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶。
因为三氯氧磷吸水汽而变质，做扩散温度上不去。
2POCl3+3H2O=P2O5+5HCl
发现三氟氧磷出现淡黄色就不能使用。
一、磷沉积工艺条件：
炉温：1050℃
气体流量：小N2为20～80ml/分小O2为20～40ml/分大N2为500ml/分
源温：0℃
二、磷再分布工艺条件：
炉温：950℃～1000℃O2流量：500ml/分水温：95℃
三、高温短时间磷扩散：
1、磷预沉积：
炉温：1200℃扩散源：POCl3 大N2流量300ml/分
小N2流量：70ml/分O2流量：85ml/分
扩散时间：4～5分钟（通源）+3分钟（关源）
2、磷再分布（三次氧化）
炉温：900℃O2流量：500ml/分
氧化时间：15分（湿O2）+10分（干O2）
四、HCl抛光：
当炉温1180℃时，HCl/N2=1.1%，N2流量为400ml/分情况下，抛光30分钟。
五、磷合金工艺文件：合金温度：500℃～570℃，合金时间：10～20分钟。
（例如：在550℃下通源5分钟，通N210分钟）
六、箱法锑扩散：（双极型半导体集成电路）
配源：Sb2O3：SiO2=1：4
1、硅片清洗
2、配源
3、源脱水：将配好的源平铺在石英箱底上，盖上石英盖（不得盖得很紧，留点缝口，这样可减少合金点）放在炉口预热5分钟，推入恒温区脱水20分钟（炉温：1220℃
气体流量：1000ml/分+普N2300ml/分）4、装置
5、扩散：炉温为1200℃，气体流量同上，炉温稳定后，把装好的石英箱放在炉口预热5分钟，再推入恒温区扩散2.5小时，到时通干O25分钟，再把石英箱拉至炉口冷却，当温度降到室温时，取出硅片。
七、固态氮化硼扩散：
炉温：1050℃O2流量：300ml/分
氮化硼源制备
固态氮化硼制备
1、氮化硼活化与试片：
炉温：950℃通O2气30分钟
2、基区硼预沉积：
炉温：960℃N2流量：500ml/分沉积时间：30分钟
3、基区硼再分布：
炉温：1140℃水浴温度：95℃O2：500ml/分
再分布时间：7分钟（干O2）+30分钟（湿O2）+20分钟（干O2）
八、固—固扩散：
<p>九、磷扩散：
1、烧结：
小功率晶体管：银浆烧结工艺
烧结石英管一般通N2保护,或抽真空10-2～10-3托。
装好片的底座，放在钼舟上推入石英管，先在炉口预烧数分钟，去除银浆中气泡，然后推入恒温区，温度为350℃～400℃，时间约20分钟，然后慢慢降温取出。
2、金锡合金烧结：
通H2或抽真空10-3托，烧结温度为：420℃～450℃，恒温20分钟，拉至炉口自然冷却，金—硅低于其熔点370℃，烧结温度冷却反应高于此。
3、焊接引线：
铝丝退火一般在H2或真空中进行，而金丝在高纯N2或真空中退火，退火温度为400℃～450℃，恒温15～20分钟，自然冷却。
4、封装：
晶体封装：玻璃管壳封装、金属管壳封装和塑料封装。
金属壳密封用电焊法和冷焊法（电焊法用点焊机焊）
5、集成电路封装：分为金属封装、塑料封装、陶瓷玻璃封装（烘箱中）、陶瓷金属封装。
6、氮化硅薄膜制备：
化学气相淀积（CVD法）、辉光放电法、反应溅射法。