扩散原理及工艺培训
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扩散工艺培训课件(74页)
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§3.3 扩散杂质的分布
1.恒定表面源扩散 扩散过程中，硅片表面杂质浓度始 终不变这种类型的扩散称为恒定表面源 扩散。
其扩散后杂质浓度分布为余误差函数 分布
2. 有限表面源扩散 扩散散前在硅片表面先淀积一层 杂质，在整个过程中，这层杂质作 为扩散源，不再有新源补充，杂质 总量不再变化。这种类型的扩散称 为有限表面源扩散。 其扩散后杂质浓度分布为高斯函数 分布
氧过量 • 4PCl5 ＋ 5O2 = 2P2O5 ＋10Cl2
60
影响扩散参量的因素
• 源POCl3的温度 • 扩散温度和时间 • 气体流量
61
§3.7工艺控制和质量检 测
一.工艺控制 二.质量检测
一.工艺控制
• 污染控制：颗粒、有机物、薄膜、金属离子 污染来源：操作者,清洗过程,高温处理,工具
9
• 二、替位式扩散
• 1、替位杂质：占据晶格位置的外来原子。
• 2、替位式扩散：替位杂质从一个晶格位 置到另一个晶格位置上。只有当替位杂质的近
邻晶格上出现空位，替位杂质才能比较容易地 运动到近邻空位上。运动如下图所示。
• 3、替位杂质运动比间隙杂质更困难，首 先要在近邻出现空位，同时还要依靠热涨落获 得大于势垒高度Ws的能量才能实现替位运动。
7
6
7
3 1
5 4
2
间隙杂质运动
8
• 3、间隙杂质要从一个间隙位置运动到 相邻的间隙位置上，必须要越过一个势 垒，势垒高度Wi一般为0.6~1.2ev。
• 4、间隙杂质只能依靠热涨落才能获得 大于Wi的能量，越过势垒跳到近邻的间 隙位置上。
• •
5温、度跳升跃高率时：PPi指i=数v0e地-w增i/kT加。
§3.3 扩散杂质的分布
1.恒定表面源扩散 扩散过程中，硅片表面杂质浓度始 终不变这种类型的扩散称为恒定表面源 扩散。
其扩散后杂质浓度分布为余误差函数 分布
2. 有限表面源扩散 扩散散前在硅片表面先淀积一层 杂质，在整个过程中，这层杂质作 为扩散源，不再有新源补充，杂质 总量不再变化。这种类型的扩散称 为有限表面源扩散。 其扩散后杂质浓度分布为高斯函数 分布
氧过量 • 4PCl5 ＋ 5O2 = 2P2O5 ＋10Cl2
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影响扩散参量的因素
• 源POCl3的温度 • 扩散温度和时间 • 气体流量
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§3.7工艺控制和质量检 测
一.工艺控制 二.质量检测
一.工艺控制
• 污染控制：颗粒、有机物、薄膜、金属离子 污染来源：操作者,清洗过程,高温处理,工具
9
• 二、替位式扩散
• 1、替位杂质：占据晶格位置的外来原子。
• 2、替位式扩散：替位杂质从一个晶格位 置到另一个晶格位置上。只有当替位杂质的近
邻晶格上出现空位，替位杂质才能比较容易地 运动到近邻空位上。运动如下图所示。
• 3、替位杂质运动比间隙杂质更困难，首 先要在近邻出现空位，同时还要依靠热涨落获 得大于势垒高度Ws的能量才能实现替位运动。
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3 1
5 4
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间隙杂质运动
8
• 3、间隙杂质要从一个间隙位置运动到 相邻的间隙位置上，必须要越过一个势 垒，势垒高度Wi一般为0.6~1.2ev。
• 4、间隙杂质只能依靠热涨落才能获得 大于Wi的能量，越过势垒跳到近邻的间 隙位置上。
• •
5温、度跳升跃高率时：PPi指i=数v0e地-w增i/kT加。
扩散工艺的原理
扩散工艺的原理
扩散工艺是一种常用的半导体制造工艺，主要用于将掺杂材料在晶体中进行分布均匀的过程。
其原理基于掺杂材料的高浓度区域向低浓度区域的自由扩散。
具体的步骤如下：
1. 洁净晶体表面：在进行扩散之前，必须先清洁晶体表面，以去除表面氧化物和杂质，保证扩散过程的纯净度。
2. 衬底预处理：扩散液有时会侵蚀衬底材料，因此，需要先用保护层对衬底进行处理，以避免受到损伤。
3. 掺杂液制备：根据需要进行掺杂的材料种类和浓度要求，制备合适的掺杂液。
掺杂液中主要含有掺杂材料的离子。
4. 扩散过程：将待扩散的晶体与掺杂液接触，经过一定的时间和温度，掺杂材料的离子会在表面开始向内部扩散。
扩散速度取决于温度、时间和材料的特性。
5. 控制参数：在扩散过程中，需要严格控制温度、时间和气氛，以确保掺杂材料扩散的均匀性和准确性。
6. 后处理：扩散完成后，需要进行后续的清洗和退火处理，以去除残留的杂质和优化晶体结构。
总结起来，扩散工艺的原理是利用掺杂材料的高浓度区域向低浓度区域的自由扩散。
通过精确控制参数，可以实现对晶体的特定区域进行掺杂，从而改变材料性质和特性。
扩散工艺的化学原理
扩散工艺的化学原理扩散工艺是一种将固体材料中的原子或分子在另一固体材料中扩散的方式。
它是一种重要的材料加工技术，被广泛应用于半导体行业、材料科学、电子设备制造等领域。
1.气相扩散：气相扩散是一种将气体原子或分子从高浓度区域扩散到低浓度区域的过程。
它广泛应用于半导体制造中。
在气相扩散过程中，气体原子或分子通过与被处理材料的表面发生化学反应来扩散。
这种化学反应的速率由固体表面与气体界面之间的反应速率决定。
例如，氮化硅薄膜的制备常采用氨气(NH3)与硅表面上的硅原子发生反应，形成氮化硅层。
氨气的浓度差异使其向硅表面扩散，反应的速率主要取决于氨气与硅表面反应的速率。
2.液相扩散：液相扩散是指液体中原子或分子通过扩散来实现的过程，这种扩散通常发生在固体表面和液体之间。
液相扩散常用于金属合金的制备。
在液相扩散过程中，金属原子在固相间扩散，并在固体和液体相界面处重新结晶。
液体中的浓度差异是驱动液相扩散的主要原因。
例如，当固体镍和固体铬在液体中混合时，镍原子和铬原子会相互扩散使合金形成均匀的镍铬分布。
这种液相扩散过程中，镍原子和铬原子之间的化学反应被加速，形成新的镍铬化合物。
3.固相扩散：固相扩散是指固体材料中的原子或分子通过固体晶界、点缺陷、空位等的移动来实现的扩散过程。
固相扩散通常发生在材料的固态结构中，是一种非常缓慢的过程。
固相扩散的速率取决于晶体中原子或分子的浓度差异以及晶界和缺陷的性质。
例如，金属在高温下会发生固相扩散。
当金属中的原子在晶界或点缺陷处移动时，它们会在固态结构中扩散，从而改变金属的组织结构和性能。
这种固相扩散对于合金的制备和材料的加工具有重要意义。
总之，扩散工艺是通过利用浓度差异从而使固体材料中的原子或分子在其它材料中扩散的一种技术。
气相扩散、液相扩散和固相扩散是扩散工艺的常见形式，它们的化学原理基于热运动和化学反应，其中浓度差异是驱动扩散的主要力量。
这些扩散过程对于材料的合成、改性和加工具有重要作用，广泛应用于各个领域。
扩散培训
4.2换源作业 4.2
2. 检查待换源瓶有无裂纹、旋钮松脱、残液等 缺陷，如有问题要标识并隔离，并通知相关人 员处理。用周转盒将源瓶运到作业区。接气路 软管，软管要插到位，接好后要轻拉软管。接 好软管后先开出气阀，再开进气阀，出气阀一 定要拧到位，保证气流畅通，开阀门时要左手 稳住阀，不可一手扶瓶身一手拧阀，以免会把 阀门拧断。
扩散（diffusion）：物质分子从高浓度 区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现 象。 扩散一般可发生在一种或几种物质于同一 物态或不同物态之间，由不同区域之间的浓 度差或温度差所引起．直到同一物态内各部 分各种物质的浓度达到均匀或两种物态间各 种物质的浓度达到平衡为止。
2.扩散的目的及原理
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。 扩散的目的就是在晶体内部实现P型和N型 半导体的接触。
检验仪器
主机
旋转按钮 四探针探头
名称：四探针测试仪 结构：主机、测试台 四探针探头 旋转按钮
测试台
探针属于易耗品， 使用中有需要注意 的地方。
5.3工艺卫生 5.3
一.所有工夹具必须永远保持干净的状态，包 括吸笔、石英舟、夹子，玻璃台面。 二.石英舟应放置在清洗干净的玻璃台面上， 禁止将石英舟放置在地面上。 三.上舟时将流程卡夹在流程夹旁边一一对应。 四.所有的石英器具都必须轻拿轻放。
5.1外观检测 5.1
扩散前检测： 扩散前检测： 硅片绒面有无色斑，雨点，硅片是否甩 干，有没碎片，裂纹片，对照流程卡检查有 无少片现象。 扩散后检测： 扩散后检测： 绒面不良，花斑，黑点，偏磷酸污染，裂 纹，崩边，V型缺口。
半导体制造工艺基础之扩散工艺培训课件(PPT 28页)
目的是为了控制杂质总量；预淀积现在普遍被离 子注入代替。
推进：高温过程，使淀积的杂质穿过晶体，在 硅片中形成期望的结深。
此阶段并不向硅片中增加杂质，但是高温下形成的 氧化层会影响推进过程中杂质的扩散，这种由硅表 面氧化引起的杂质浓度改变成为再分布。
目的是为了控制表面浓度和扩散深度。
• 激活：使温度稍微升高，此过程激活了杂质 原子。
的扩散速度特别快，造成结平面不平坦，PN结击穿。
(2) 表面玻璃层。硼和磷扩散之后，往往在硅片表面形成一层硼硅玻璃或磷硅玻 璃，此玻璃层与光刻胶的粘附性极差，光刻腐蚀时容易脱胶或产生钻蚀，而 且该玻璃层不易腐蚀。
(3) 白雾。这种现象在固一固扩散及液态源磷扩散经常发生。主要原因是淀积二 氧化硅层（含杂质源）时就产生了或在磷扩散时磷杂质浓度过高以及石英管 中偏磷酸产生大量的烟雾喷射在硅片表面，在快速冷却过程中产生。光刻时 容易造成脱胶或钻蚀。
方块电阻的检测
利用图中所示电路，将电流表所示电流控制在3毫安以内， 读出电压表所示电压，利用下式计算：
RS
CV I
式中常数C是由被测样品的长度L、宽度a、厚度d，以及
探针间距S来确定，常数C可由表查出。
扩散工艺
扩散常见的质量问题
(1) 合金点和破坏点：在扩散后有时可观察到扩散窗口的硅片表面上有一层白雾 状的东西或有些小的突起。 用显微镜观察时前者是一些黑色的小圆点，小圆点称为合金点; 后者是一些黄亮点、透明的突起，透明突起称为破坏点。杂质在这些缺陷处
（2）可以通过对扩散工艺条件的调节与选择，来控制扩散 层表面的杂质浓度及其杂质分布，以满足不同器件的要求。
（3）与氧化、光刻等技术相组合形成的硅平面工艺有利于改 善晶体管和集成电路的性能。
推进：高温过程，使淀积的杂质穿过晶体，在 硅片中形成期望的结深。
此阶段并不向硅片中增加杂质，但是高温下形成的 氧化层会影响推进过程中杂质的扩散，这种由硅表 面氧化引起的杂质浓度改变成为再分布。
目的是为了控制表面浓度和扩散深度。
• 激活：使温度稍微升高，此过程激活了杂质 原子。
的扩散速度特别快，造成结平面不平坦，PN结击穿。
(2) 表面玻璃层。硼和磷扩散之后，往往在硅片表面形成一层硼硅玻璃或磷硅玻 璃，此玻璃层与光刻胶的粘附性极差，光刻腐蚀时容易脱胶或产生钻蚀，而 且该玻璃层不易腐蚀。
(3) 白雾。这种现象在固一固扩散及液态源磷扩散经常发生。主要原因是淀积二 氧化硅层（含杂质源）时就产生了或在磷扩散时磷杂质浓度过高以及石英管 中偏磷酸产生大量的烟雾喷射在硅片表面，在快速冷却过程中产生。光刻时 容易造成脱胶或钻蚀。
方块电阻的检测
利用图中所示电路，将电流表所示电流控制在3毫安以内， 读出电压表所示电压，利用下式计算：
RS
CV I
式中常数C是由被测样品的长度L、宽度a、厚度d，以及
探针间距S来确定，常数C可由表查出。
扩散工艺
扩散常见的质量问题
(1) 合金点和破坏点：在扩散后有时可观察到扩散窗口的硅片表面上有一层白雾 状的东西或有些小的突起。 用显微镜观察时前者是一些黑色的小圆点，小圆点称为合金点; 后者是一些黄亮点、透明的突起，透明突起称为破坏点。杂质在这些缺陷处
（2）可以通过对扩散工艺条件的调节与选择，来控制扩散 层表面的杂质浓度及其杂质分布，以满足不同器件的要求。
（3）与氧化、光刻等技术相组合形成的硅平面工艺有利于改 善晶体管和集成电路的性能。
扩散原理及工艺培训
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金属材料发射的光电子数和照射发光强度成正比。 仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发 出光电子，这个频率叫做极限频率(或叫做截止频率)，相应 的波长λ。 太阳电池的工作过程 吸收光子，产生电子空穴对 电子空穴对被内建电场分离，在PN结两端产生电势 将PN结用导线连接，形成电流 在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的转换
掺杂浓度远大于本征半导体中载 流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多 流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多 8 数载流子（多子），空穴称为少数载流子 少子）。 ），空穴称为少数载流子（ 数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼， 在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼，晶体点阵中的某 些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子， 些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的 空穴
为了同时满足表面浓度、杂质数量和结深等方面 的要求，实际生产中采用的扩散方法是上述的两 步扩散，其中第一步成为预扩或预淀积；第二步 成为主扩或再分布。 有两步扩散机理可以看出，扩散的速度和两个因 素有关。 首先，与和载气的速度有关。扩散到硅中的杂质 是由二氧化硅中的杂质得到，所以扩散到二氧化 硅中的杂质越快，扩散到硅中的速度也就越快； 其次，与二氧化硅的厚度有关。不难看出，二氧 化硅越厚，杂质进行疏运的路程越长，扩散的速 度越慢。相反，二氧化硅厚度越薄，扩散的速度 就越快。
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扩散控制
扩散可以通过时间、温度和浓度进行控制。 1、 刚开始进管的温度---进管时硅片热胀，温度变化过快，容易造成裂纹，温度越高 越容易造成裂纹。 2 、进管结束的温度---进管结束后我们要开始通各种气体，特别是 通源 POCL3的分 解温度>650度，所以在通源前要保证扩散管里的实际温度超过700度，确保 POCL3能够充分的分解，并且确保在规定的时间内达到扩散温度，否则整个扩散 工艺的时间就会超过产能的要求。 3 、沉积的温度---沉积的温度一般都是从低到高变化，特别注意沉积结束时的温度不 能太低，否则升温到扩散的温度就需要更多的时间 4 、扩散的温度---扩散的温度与表面的掺杂的磷的浓度有直接的关系，并且体内的杂 质的沉积会随着温度的变化而变化，温度设定不能太高。 5 、退管前的温度---硅片在降温过程中也容易造成碎片 拉恒温 面板上面的设定温度与实际温度都是扩散炉内温度测试，只是起到控制与保护的 作用，真正可以看出实际温度的是我们热电偶测试的温度值。为了减少通过后面 热电偶测试的麻烦，所以我们一般都通过拉恒温将面板上的温度与热电偶测试的 温度对应起来，又由于工作温度是的温度最重要，所以拉恒温时的温度一般都选 定在扩散的温度。且拉恒温时将面板设定的温度设定成一致，减少不同温区间的 相互影响。拉恒温结束后要将原来工艺号上的温度进行更改并且跟踪方块电阻的 变化。一般情况下1个月要对温度进行校准。
扩散工艺知识..
扩散⼯艺知识..第三章扩散⼯艺在前⾯“材料⼯艺”⼀章，我们就曾经讲过⼀种叫“三重扩散”的⼯艺，那是对衬底⽽⾔相同导电类型杂质扩散。
这样的同质⾼浓度扩散，在晶体管制造中还常⽤来作欧姆接触，如做在基极电极引出处以降低接触电阻。
除了改变杂质浓度，扩散的另⼀个也是更主要的⼀个作⽤，是在硅平⾯⼯艺中⽤来改变导电类型，制造PN 结。
第⼀节扩散原理扩散是⼀种普通的⾃然现象，有浓度梯度就有扩散。
扩散运动是微观粒⼦原⼦或分⼦热运动的统计结果。
在⼀定温度下杂质原⼦具有⼀定的能量，能够克服某种阻⼒进⼊半导体，并在其中作缓慢的迁移运动。
⼀．扩散定义在⾼温条件下，利⽤物质从⾼浓度向低浓度运动的特性，将杂质原⼦以⼀定的可控性掺⼊到半导体中，改变半导体基⽚或已扩散过的区域的导电类型或表⾯杂质浓度的半导体制造技术，称为扩散⼯艺。
⼆．扩散机构杂质向半导体扩散主要以两种形式进⾏：1．替位式扩散⼀定温度下构成晶体的原⼦围绕着⾃⼰的平衡位置不停地运动。
其中总有⼀些原⼦振动得较厉害，有⾜够的能量克服周围原⼦对它的束缚，跑到其它地⽅，⽽在原处留下⼀个“空位”。
这时如有杂质原⼦进来，就会沿着这些空位进⾏扩散，这叫替位式扩散。
硼（B ）、磷（P ）、砷（As ）等属此种扩散。
2．间隙式扩散构成晶体的原⼦间往往存在着很⼤间隙，有些杂质原⼦进⼊晶体后，就从这个原⼦间隙进⼊到另⼀个原⼦间隙，逐次跳跃前进。
这种扩散称间隙式扩散。
⾦、铜、银等属此种扩散。
三．扩散⽅程扩散运动总是从浓度⾼处向浓度低处移动。
运动的快慢与温度、浓度梯度等有关。
其运动规律可⽤扩散⽅程表⽰，具体数学表达式为： N D tN 2?=?? （3-1）在⼀维情况下，即为： 22xN D t N ??=?? （3-2）式中：D 为扩散系数，是描述杂质扩散运动快慢的⼀种物理量；N 为杂质浓度；t 为扩散时间；x 为扩散到硅中的距离。
四．扩散系数杂质原⼦扩散的速度同扩散杂质的种类和扩散温度有关。
5.5扩散工序培训
扩散工序简介
技术部
主要内容：
1. 2. 3. 概述 扩散的基本原理和工艺 扩散设备简述
4.
5. 6.
扩散工序标准作业
扩散工序检测 安全注意事项
1. 概述
扩散的概念 半导体物理 - 本征半导体
- 杂质半导体 - PN结 - 光生伏特效应
1.1 扩散的概念
扩散（diffusion）：物质分子从高浓度区域向低浓度区域转 移，直到均匀分布的现象。 扩散一般可发生在一种或几种物质于同一物态或不同物态 之间，由不同区域之间的浓度差或温度差所引起．直到同一 物态内各部分各种物质的浓度达到均匀或两种物态间各种物 质的浓度达到平衡为止。
扩散的用途：金属表面处理，半导体器件生产等。 什么是PN结？ 扩散在太阳能电池生产中的作用
半导体特性
1.2.1 本征半导体
半导体： 电导率介于导体和绝缘体之间。电导率随着热 度，光照和掺杂等因素而变化。 本征半导体：纯净的晶体结构的半导体。（自由电子、空穴、本 征载流子浓度）
Si Si Si Si Si Si Si Si
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。为什么？
2.5 POCL3扩散原理ⅰ
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：
600C 5POCl 3 3PCl 5 P2O5
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：
1. 调整测试电流：
使“R□”、“I”、“EXCH. 1”显示灯亮，将电流档位0.1mA调至 10mA，将待测量的硅片取出放在测试台上（扩散面向上），按下降按钮， 使针头平压在硅片上（四针平齐），校准电流，调整电流值为4.530mA。 （根据硅片尺寸规格进行调整）。 2. 测量方块电阻： 将“I”的指示灯切换至R□/ρ档，读取稳定值，并记录在电池生产记录 中， 重复以上步骤（注意炉里、炉中、炉口加以区分）。 3.判断是否返工 根据规定的工艺要求判断是否要返工，并及时调节扩散的温度。将测 试完的硅片卸到承载盒中，测量过程完毕。
技术部
主要内容：
1. 2. 3. 概述 扩散的基本原理和工艺 扩散设备简述
4.
5. 6.
扩散工序标准作业
扩散工序检测 安全注意事项
1. 概述
扩散的概念 半导体物理 - 本征半导体
- 杂质半导体 - PN结 - 光生伏特效应
1.1 扩散的概念
扩散（diffusion）：物质分子从高浓度区域向低浓度区域转 移，直到均匀分布的现象。 扩散一般可发生在一种或几种物质于同一物态或不同物态 之间，由不同区域之间的浓度差或温度差所引起．直到同一 物态内各部分各种物质的浓度达到均匀或两种物态间各种物 质的浓度达到平衡为止。
扩散的用途：金属表面处理，半导体器件生产等。 什么是PN结？ 扩散在太阳能电池生产中的作用
半导体特性
1.2.1 本征半导体
半导体： 电导率介于导体和绝缘体之间。电导率随着热 度，光照和掺杂等因素而变化。 本征半导体：纯净的晶体结构的半导体。（自由电子、空穴、本 征载流子浓度）
Si Si Si Si Si Si Si Si
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。为什么？
2.5 POCL3扩散原理ⅰ
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：
600C 5POCl 3 3PCl 5 P2O5
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：
1. 调整测试电流：
使“R□”、“I”、“EXCH. 1”显示灯亮，将电流档位0.1mA调至 10mA，将待测量的硅片取出放在测试台上（扩散面向上），按下降按钮， 使针头平压在硅片上（四针平齐），校准电流，调整电流值为4.530mA。 （根据硅片尺寸规格进行调整）。 2. 测量方块电阻： 将“I”的指示灯切换至R□/ρ档，读取稳定值，并记录在电池生产记录 中， 重复以上步骤（注意炉里、炉中、炉口加以区分）。 3.判断是否返工 根据规定的工艺要求判断是否要返工，并及时调节扩散的温度。将测 试完的硅片卸到承载盒中，测量过程完毕。
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金属材料发射的光电子数和照射发光强度成正比。 仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发 出光电子，这个频率叫做极限频率(或叫做截止频率)，相应 的波长λ。 太阳电池的工作过程 吸收光子，产生电子空穴对 电子空穴对被内建电场分离，在PN结两端产生电势 将PN结用导线连接，形成电流 在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的转换
Si
+4 +4
+4 +4
共价键 共用电子对
4
PN结
其实纯净的半导体硅是没有大的实用价值，只有通 过对其掺入不同杂质，使其导电性能发生改变，从 而获得人们所需的性能，半导体才有其真正的实用 价值。 没有掺杂的半导体称为本征半导体，掺入杂质的半 导体称为杂质半导体或非本征报导体。 通常掺杂都是掺入三族或五族元素，使其成为P （positive）型或N（negative）型半导体。
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扩散控制
扩散可以通过时间、温度和浓度进行控制。 1、 刚开始进管的温度---进管时硅片热胀，温度变化过快，容易造成裂纹，温度越高 越容易造成裂纹。 2 、进管结束的温度---进管结束后我们要开始通各种气体，特别是 通源 POCL3的分 解温度>650度，所以在通源前要保证扩散管里的实际温度超过700度，确保 POCL3能够充分的分解，并且确保在规定的时间内达到扩散温度，否则整个扩散 工艺的时间就会超过产能的要求。 3 、沉积的温度---沉积的温度一般都是从低到高变化，特别注意沉积结束时的温度不 能太低，否则升温到扩散的温度就需要更多的时间 4 、扩散的温度---扩散的温度与表面的掺杂的磷的浓度有直接的关系，并且体内的杂 质的沉积会随着温度的变化而变化，温度设定不能太高。 5 、退管前的温度---硅片在降温过程中也容易造成碎片 拉恒温 面板上面的设定温度与实际温度都是扩散炉内温度测试，只是起到控制与保护的 作用，真正可以看出实际温度的是我们热电偶测试的温度值。为了减少通过后面 热电偶测试的麻烦，所以我们一般都通过拉恒温将面板上的温度与热电偶测试的 温度对应起来，又由于工作温度是的温度最重要，所以拉恒温时的温度一般都选 定在扩散的温度。且拉恒温时将面板设定的温度设定成一致，减少不同温区间的 相互影响。拉恒温结束后要将原来工艺号上的温度进行更改并且跟踪方块电阻的 变化。一般情况下1个月要对温度进行校准。
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半导体：电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻 温度系数的物质。按化学成分可分为元素半导体和化 合物半导体 。 如硅和锗是最常见的元素半导体。元 素半导体都是晶体。 半导体的特性： a)当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。 b)向纯净的半导体中掺入杂质，会使它的导电能力明显 改变。 。
扩散就是向纯净的半导体中掺入杂质，以获得人们需要的导电性能。 扩散就是向纯净的半导体中掺入杂质，以获得人们需要的导电性能。
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硅
硅是最常见的半导体，元素 周期表号是14，因此最外层 有4个电子，不易得电子也不 易失电子，化学性质比较稳 定。太阳能电池是用半导体 硅做成的。 在硅晶体中，原子按四角形 系统组成晶体点阵，每个原 子都处在正四面体的中心， 而四个其它原子位于四面体 的顶点，每个原子与其相临 的原子之间形成共价键，共 用一对价电子。
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氧化增强扩散
与中性气氛相比， 杂质硼磷在氧化 氮化硅 气氛中的扩散存 在明显增强，这 种现象称为氧化 增强扩散。
氧化硅
磷结深度Xj 磷结深度Xj
OED
20
硅氧化时，在Si-SiO2界面附近产生了大量的间隙硅原子， 这些过剩的间隙硅原子在向硅内扩散的同时，不断与空位复 合，使这些过剩的间隙硅原子的浓度随深度而降低。但在表 面附近，过剩的间隙硅原子可以和替位磷相互作用，从而使 原来处于替位的磷变成间隙磷。当间隙磷的近邻晶格没有空 位时，间隙磷就以间隙方式运动；如果间隙磷的近邻晶格出 现空位时，间隙磷可以进入空位变成替位磷。这样，杂质 磷的就以替位-间隙交替的方式运动，其扩散速度比单纯由 替位扩散到替位要快。
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扩散工艺 步骤号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 时间 360 60 600 600 300 1400 300 500 360 温度 780 830 820 820 863 863 840 750 780 扩散小氮 0 0 0 1000 1500 2000 0 0 0 大氮 22000 22000 22000 22000 22000 22000 22000 22000 22000 氧气 0 0 2000 2400 2600 3400 2500 2000 0 步骤名 进舟 升温 氧化 分解 预扩 主扩 清洗1 清洗2 出舟 化学反应 / / Si+O2→SiO2 5POCl3→PCl3+P2O5 5POCl3→PCl3+P2O5、P2O5+Si→5SiO2+4P P2O5+Si→5SiO2+4P 4POCl3+O2→2P2O5+6Cl2 4PCl5+O2→2P2O5+10Cl2 /
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扩散与扩散的分布
扩散的方式主要有两种：恒定 表面扩散和有限表面扩散。 扩散的步骤：第一步扩散源由载 气到达气相—固相界面面，杂 质由气相—固相界面由扩散运 动进入到二氧化硅层（事先进 行了二氧化硅生长）；第二步 当杂质运动到硅—二氧化硅界 面时，再由扩散运动扩散到硅 中。
Si
扩散源
SiO2
16
（ 阳）
扩散
晶体和硅
晶体：晶体的重要特点是组成晶体的 原子、分子、离子按一定规则周期排 列着的。任一晶体都可以看成由微观 粒子在三维空间按一定规则周期重复 性排列所构成。晶体可以分为单晶体 和多晶体。 晶格：晶体的周期性结构称为晶体格 子，简称晶格。 单晶体：如果整个晶体是由单一的晶 格连续组成，这种晶体称为单晶体。 多晶体：如果一个晶体是由相同结构 的很多小晶粒无规则地堆积而成，成 为多晶体。
掺杂浓度远大于本征半导体中载 流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多 流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多 8 数载流子（多子），空穴称为少数载流子 少子）。 ），空穴称为少数载流子（ 数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼， 在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼，晶体点阵中的某 些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子， 些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的 空穴
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扩散和扩散工艺控制
扩散是微观粒子（原子、分子等）的一种极为普遍的 热运动形式，运动的结果使浓度分布趋于均匀。半导 体行业中的扩散工艺，简称扩散，是将一定数量的某 种杂质掺入到硅晶体中或其他半导体晶体中去，以改 变电学性质，并使掺入的杂质数量、分布形式和浓度 等满足要求。 间隙式扩散：存在于晶格间隙的杂质称为间隙式杂质。 间隙式杂质从一个间隙位置到另一个间隙位置的运动 称为间隙式扩散。主要是那些半径较小、且不容易和 硅原子键合的原子 替位式扩散：占据晶格位置的外来原子称为替位式杂 质。替位式杂质从一个晶格位置到另一个晶格位置称 为替位式扩散。
为了同时满足表面浓度、杂质数量和结深等方面 的要求，实际生产中采用的扩散方法是上述的两 步扩散，其中第一步成为预扩或预淀积；第二步 成为主扩或再分布。 有两步扩散机理可以看出，扩散的速度和两个因 素有关。 首先，与和载气的速度有关。扩散到硅中的杂质 是由二氧化硅中的杂质得到，所以扩散到二氧化 硅中的杂质越快，扩散到硅中的速度也就越快； 其次，与二氧化硅的厚度有关。不难看出，二氧 化硅越厚，杂质进行疏运的路程越长，扩散的速 度越慢。相反，二氧化硅厚度越薄，扩散的速度 就越快。
TCA工艺 步骤号 1 2 3 4 5 6 时间 400 100 14400 300 3600 500 温度 1000 1050 1050 950 950 600 扩散小氮 0 0 0 0 1600 0 大氮 22000 22000 0 22000 22000 22000 氧气 0 3000 25000 1000 3500 0 清洗小氮 0 0 400(清洗) 0 0（饱和） 0 化学反应 / / C2H3Cl3+O2→Cl2+H2O+CO2 C2H3Cl3+O2→Cl2+H2O+CO２ / /
半导体原子形成共价键时，产生一个 半导体原子形成共价键时， 空穴。 空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来 填补， 填补，使得硼原子成为不能移动的带 负电的离子。由于硼原子接受电子， 负电的离子。由于硼原子接受电子， 所以称为受主原子 受主原子。 所以称为受主原子。 硼原子
P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。 型半导体中空穴是多子，电子是少子。
7
+4 +5
+4 +4 磷原子 多余 电子
N 型半导体 中的载流子 是什么？ 是什么？
1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 由施主原子提供的电子 2.本征半导体中成对产生的电子和空穴 本征半导体中成对产生的电子和空穴。 2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。
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r
（ 阳）
The End，Thanks! ，
+4
+4
+3
+4
9
太阳能电池的心脏是一个PN结，需要强调的是， PN结不 是简单地将两块不同类型的半导体连接在一起。要制造一个 PN结，必须使一块完整的晶体硅的一部分是P型区域，另一部 分是N区域，也就是在晶体内实现P型和N型半导体的接触。 我们制造PN结，实质上是想办法使P型杂质在半导体晶体内部 的一个区域占优势，而使N型杂质在半导体内部的另一个区域 占优势，这样就在一块完整的半导体体硅中实现了P型和N型 半导体的接触。 我们用的硅片都是P型衬底的硅片，扩散是向硅片表面内 掺入五族元素磷，使其在衬底和扩散面接触处形成PN结。 PN结