扩散工艺培训
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扩散工序基础知识培训-爱康
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扩散车间产品安全
按照车间要求正确穿戴工作服和劳保用品。 操作人员根据岗位操作要求正确操作。 坚守自己的岗位，不能随意串岗。 从事危险工作时，应按照规定，正确作业，包括
不单独作业、正确穿戴防护服等等。 正确操作设备。按照设备维护要求定期检查和维
护设备。 所有的工作，除了日常维护外，都要有负责人员
执行监管。 保证车间的干净整洁。 保证产出产品的合格检验。
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2
25
2
子解，和生由避成此免的可PCP见l25O对，5硅又在片进磷表一扩面步散的与时腐硅，蚀作为作用了用，促，生使必成PO须SCiO在l32充和通分磷氮的原气分 的同时通入一定流量的氧气 。
14
磷扩散原理（过量氧）
在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：
POCl O 2P O 6Cl
主要操作
17
主要操作
扩散后硅片影响电池转换效率的两个参数：少子 寿命：是描述电子空穴复合几率的一个参数；方块电阻： 是硅片的表层（薄层）电阻。 检测：等待硅片冷却后，每炉取出5片检验，他们的位 置应该为石英舟的五个均匀分布点，将测试片按照从炉 尾到炉口的顺序取下来，按顺序一次放入载片盒内，用 作测试方块电阻和少子寿命。（详见《方块电阻测试作 业指导书》和《少子寿命测试作业指导书》 ）
2
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扩散原理
通入氧气的原因
由上一页的反应式可以看出，POCl3热分解时， 如成硅会果的片进没P的一C有表步l5是外面分不来状解易的 态 成分氧。P2解O（但5的并在O2，放有）并出外参且氯来与对气O其2硅（分存有C解在l腐2是的）蚀不 情其作充况反用分下应，的，式破，P：C坏生l5
4PCl 5O 过量O2 2P O 10Cl
湿空气中发烟。 ➢ POCl3很容易发生水解，POCl3极易挥发。
扩散车间产品安全
按照车间要求正确穿戴工作服和劳保用品。 操作人员根据岗位操作要求正确操作。 坚守自己的岗位，不能随意串岗。 从事危险工作时，应按照规定，正确作业，包括
不单独作业、正确穿戴防护服等等。 正确操作设备。按照设备维护要求定期检查和维
护设备。 所有的工作，除了日常维护外，都要有负责人员
执行监管。 保证车间的干净整洁。 保证产出产品的合格检验。
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子解，和生由避成此免的可PCP见l25O对，5硅又在片进磷表一扩面步散的与时腐硅，蚀作为作用了用，促，生使必成PO须SCiO在l32充和通分磷氮的原气分 的同时通入一定流量的氧气 。
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磷扩散原理（过量氧）
在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：
POCl O 2P O 6Cl
主要操作
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主要操作
扩散后硅片影响电池转换效率的两个参数：少子 寿命：是描述电子空穴复合几率的一个参数；方块电阻： 是硅片的表层（薄层）电阻。 检测：等待硅片冷却后，每炉取出5片检验，他们的位 置应该为石英舟的五个均匀分布点，将测试片按照从炉 尾到炉口的顺序取下来，按顺序一次放入载片盒内，用 作测试方块电阻和少子寿命。（详见《方块电阻测试作 业指导书》和《少子寿命测试作业指导书》 ）
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扩散原理
通入氧气的原因
由上一页的反应式可以看出，POCl3热分解时， 如成硅会果的片进没P的一C有表步l5是外面分不来状解易的 态 成分氧。P2解O（但5的并在O2，放有）并出外参且氯来与对气O其2硅（分存有C解在l腐2是的）蚀不 情其作充况反用分下应，的，式破，P：C坏生l5
4PCl 5O 过量O2 2P O 10Cl
湿空气中发烟。 ➢ POCl3很容易发生水解，POCl3极易挥发。
扩散工艺培训
扩散工艺培训----主要设备、热氧化、扩散、合金前言：扩散部按车间划分主要由扩散区域及注入区域组成，其中扩散区域又分扩散老区和扩散新区。
扩散区域按工艺分，主要有热氧化、扩散、LPCVD、合金、清洗、沾污测试等六大工艺。
本文主要介绍热氧化、扩散及合金工艺。
目录第一章：扩散区域设备简介……………………………………第二章：氧化工艺第三章：扩散工艺第四章：合金工艺第一章：扩散部扩散区域工艺设备简介炉管设备外观：扩散区域的工艺、设备主要可以分为：炉管：负责高温作业，可分为以下几个部分：组成部分功能控制柜→对设备的运行进行统一控制；装舟台：→园片放置的区域，由控制柜控制运行炉体：→对园片进行高温作业的区域，由控制柜控制升降温源柜：→供应源、气的区域，由控制柜控制气体阀门的开关。
FSI：负责炉前清洗。
第二章：热氧化工艺热氧化法是在高温下（900℃-1200℃）使硅片表面形成二氧化硅膜的方法。
热氧化的目的是在硅片上制作出一定质量要求的二氧化硅膜，对硅片或器件起保护、钝化、绝缘、缓冲介质等作用。
硅片氧化前的清洗、热氧化的环境及过程是制备高质量二氧化硅膜的重要环节。
2. 1氧化层的作用2．1．1用于杂质选择扩散的掩蔽膜常用杂质(硼,磷,砷等)在氧化层中的扩散系数远小于在硅中的扩散系数，因此氧化层具有阻挡杂质向半导体中扩散的能力。
利用这一性质，在硅上的二氧化硅层上刻出选择扩散窗口，则在窗口区就可以向硅中扩散杂质，其它区域被二氧化硅屏蔽，没有杂质进入，实现对硅的选择性扩散。
1960年二氧化硅就已被用作晶体管选择扩散的掩蔽膜，从而导致了硅平面工艺的诞生，开创了半导体制造技术的新阶段。
同时二氧化硅也可在注入工艺中，作为选择注入的掩蔽膜。
作为掩蔽膜时，一定要保证足够厚的厚度，杂质在二氧化硅中的扩散或穿透深度必须要小于二氧化硅的厚度，并有一定的余量，以防止可能出现的工艺波动影响掩蔽效果。
2．1. 2缓冲介质层其一：硅与氮化硅的应力较大，因此在两层之间生长一层氧化层，以缓冲两者之间的应力，如二次氧化；其二：也可作为注入缓冲介质，以减少注入对器件表面的损伤。
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。
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。
扩散课工艺培训培训内容word
扩散课工艺培训培训内容扩散部设备介绍氧化工艺介绍扩散工艺介绍合金工艺介绍氧化层电荷介绍LPCVD 工艺介绍扩散部设备介绍卧式炉管立式炉管炉管工艺和应用（加）氧化工艺-1 氧化膜的作用选择扩散和选择注入。
阻挡住不需扩散或注入的区域，使离子不能进入。
氧化工艺-2 氧化膜的作用缓冲介质层二次氧化等，缓冲氮化硅应力或减少注入损伤氧化工艺-3 氧化膜的作用器件结构的一部分：如栅（Gate ）氧化层，非常关键的项目，质量要求非常高；电容极板之间的介质，对电容的大小有较大影响氧化工艺-4 氧化膜的作用隔离介质：工艺中常用的场氧化就是生长较厚的二氧化硅膜，达到器件隔离的目的。
氧化工艺-5 氧化方法干氧氧化SI+O 2==SIO 2结构致密，均匀性、重复性好，掩蔽能力强，对光刻胶的粘附性较好，但生长速率较慢，一般用于高质量的氧化，如栅氧化等；厚层氧化时用作起始和终止氧化；薄层缓冲氧化也使用此法。
水汽氧化2H 2O+SI==SIO 2+2H 2 生长速率快，但结构疏松，掩蔽能力差，氧化层有较多缺陷。
对光刻胶的粘附性较差。
氧化工艺-6 氧化方法湿氧氧化（反应气体：O2+H 2O）H2O+SI==SIO 2+2H 2SI+O 2==SIO 2 生长速率介于干氧氧化和水汽氧化之间；H2O 的由H2 和O2 的反应得到；并通过H2 和O2 的流量比例来调节氧化速率，但比例不可超过1.88 以保安全；对杂质掩蔽能力以及均匀性均能满足工艺要求；多使用在厚层氧化中。
HCL 氧化（氧化气体中掺入HCL ）加入HCL 后，氧化速率有了提高，并且氧化层的质量也大有改善。
目前栅氧化基本采用O2+HCL 方法。
氧化工艺-7 影响氧化速率的因素硅片晶向氧化速率(110)>POLY>(111)>(100)掺杂杂质浓度杂质增强氧化，氧化速率发生较大变化如N+ 退火氧化( N+DRIVE1 )：衬底氧化厚度：750AN+ 掺杂区氧化厚1450A 氧化工艺-8 热氧化过程中的硅片表面度：生长 1um 的SiO 2，要消耗掉 0.46um 的Si。
扩散工艺培训
2013-8-2 SRPV 23
扩散原理
扩散层的质量
扩散层质量的要求，主要体现在扩散的深度（结深），扩散层的表面杂质浓 度等方面。
结深：在硅片中掺入不同导电类型的杂质时，在距离硅片表面xj的地方，
掺入的杂质浓度与硅片的本体杂质浓度相等，即在这一位置形成了pn结。 xj称为结深。 表面浓度：做完扩散后在硅片表面的扩散层中的杂质含量。 反 映 着 两 个 参 数 的 量 就 是 我 们 超 净 间 测 量 的 方 块 电 阻 （ Rs Sheet Resistance) ohm/square，方块电阻的大小由掺杂浓度和结深决定，即由掺 杂杂质总量决定。一般薄层方块电阻的测量采用四探针电阻测试仪。
2013-8-2
SRPV
7
扩散原理
PN结的特性 PN结的反向截止性 当P-N结反向连接时，P-N结呈现很大的电阻， 通过P-N结中的电流很小。这是由于外加电池 在P-N结中所产生的电场方向用P-N结自建电 场方向相同。电场变强，空间电荷区变厚， 阻止电子和空穴流通，从而电流很难流过。 这就是反方向连接的电流很小的原因。
2013-8-2 SRPV 9
扩散原理
扩散 扩散是一种高温制程，是常规硅太阳电池工艺中，形成PN结的主要方法。 扩散是一种由热运动所引起的杂质原子和基体原子的输运过程，将掺杂杂 质沉积到硅片表面，由于热运动，原子从一个位置运动到另一个位置，基 体原子与杂质原子不断地相互混合，从而改变基片表面层杂质掺杂。 在以硅为底材的半导体制程中,主要有两种不同形扩散的目的在于控制PN结的性能，半导体中特定区域内杂质的类型、浓度、 深度。
2013-8-2
SRPV
13
扩散原理
影响氧化的因素 衬底掺杂杂质浓度：杂质会增强氧化速率； 压力影响：压力增大，氧化速率增大；
扩散原理
扩散层的质量
扩散层质量的要求，主要体现在扩散的深度（结深），扩散层的表面杂质浓 度等方面。
结深：在硅片中掺入不同导电类型的杂质时，在距离硅片表面xj的地方，
掺入的杂质浓度与硅片的本体杂质浓度相等，即在这一位置形成了pn结。 xj称为结深。 表面浓度：做完扩散后在硅片表面的扩散层中的杂质含量。 反 映 着 两 个 参 数 的 量 就 是 我 们 超 净 间 测 量 的 方 块 电 阻 （ Rs Sheet Resistance) ohm/square，方块电阻的大小由掺杂浓度和结深决定，即由掺 杂杂质总量决定。一般薄层方块电阻的测量采用四探针电阻测试仪。
2013-8-2
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扩散原理
PN结的特性 PN结的反向截止性 当P-N结反向连接时，P-N结呈现很大的电阻， 通过P-N结中的电流很小。这是由于外加电池 在P-N结中所产生的电场方向用P-N结自建电 场方向相同。电场变强，空间电荷区变厚， 阻止电子和空穴流通，从而电流很难流过。 这就是反方向连接的电流很小的原因。
2013-8-2 SRPV 9
扩散原理
扩散 扩散是一种高温制程，是常规硅太阳电池工艺中，形成PN结的主要方法。 扩散是一种由热运动所引起的杂质原子和基体原子的输运过程，将掺杂杂 质沉积到硅片表面，由于热运动，原子从一个位置运动到另一个位置，基 体原子与杂质原子不断地相互混合，从而改变基片表面层杂质掺杂。 在以硅为底材的半导体制程中,主要有两种不同形扩散的目的在于控制PN结的性能，半导体中特定区域内杂质的类型、浓度、 深度。
2013-8-2
SRPV
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扩散原理
影响氧化的因素 衬底掺杂杂质浓度：杂质会增强氧化速率； 压力影响：压力增大，氧化速率增大；
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因此限定源扩散时的杂质分布是高斯函数分布。由以上的求解公式，可以看出扩散系 数D以及表面浓度对恒定表面扩散的影响相当大。
实际扩散过程常介于上述两种分布之间，根据不同工艺或近似高斯分布或近似余 误差分布。常规太阳电池工艺中，因为扩散较浅，常采用余误差分布近似计算。
• 1.2.3 扩散系数
扩散系数是描述杂质在硅中扩散快慢的一个参数，用字母D表示。D大，扩散速率 快。D与扩散温度T、杂质浓度N、衬底浓度NB、扩散气氛、衬底晶向、缺陷等因素有 关。磷在氧化硅的扩散系数远远小于在硅中的扩散系数。
偏磷酸再进一步脱水形成P2O5 : 2HPO3 脱水 P2O5+H2O
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：
2P2O5 + 5Si
5SiO2 + 4P （ ↓ ）
• 1.4 磷扩散工艺主要参数 1. 结深 2. 表面浓度 3. 扩散电阻 以上这三项参数与掺杂浓度、扩散时间、扩散温度、等密切相关。
D=D0exp（-E/kT）
T：绝对温度；
K ：波尔兹曼常数；
E：扩散激活能； D0 ：频率因子
1.3 扩散方法-链式
• 太阳电池磷扩散方法大概有三种： 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P4-A栋采用的是第二种扩散方法，其与管式对比情况如下：
结深（Depth ）随扩散温度和扩散时间的变化趋势（具体数据仅供参考）
方块电阻
在扩散工艺中，方块电阻是反映扩散层质量是否符合设计要求的重要标志之一。 对应于一对确定数值的结深和薄层电阻，扩散层的杂质分布就是确定的。
方块电阻大小对电性能的影响 ①方块电阻偏低，扩散浓度大，则引起重掺杂效应，使电池开路电压和短路 电流均下降； ②方块电阻偏高，扩散浓度低，则横向电阻高，使Rs上升； 因此，实际电池制作中，会根据前后工序匹配性，考虑到各个因素。现在 P4工艺方块电阻控制在45～50/□上下。
所以我们现在采用的工艺是清洗制绒后用硝酸氧化，形成氧化膜，以增加亲 水性；在磷源中，加入乙醇减小表面张力，从而达到一个良好的喷涂效果。
1.3 .2 磷源扩散过程
磷酸是三元中强酸，分三步电离，不易挥发，不易分解，几乎没有氧 化性。具有酸的通性。扩散过程中，磷酸受强热脱水，依次生成焦磷酸、 三磷酸和多聚的偏磷酸。三磷酸是链状结构，多聚的偏磷酸是环状结构。
扩散工艺培训
德鑫工艺部
扩散目的：形成PN结
扩散原理
1.1 替位式扩散
硼、磷、砷等杂质原子或离子大小与Si原子大小差别不大，它沿 着硅晶体内晶格空位跳跃前进扩散，杂质原子扩散时占据晶格格点的正 常位置，不改变原来硅材料的晶体结构。 磷扩散的扩散方程式为:
N / t = D*2N / x2 N=N（x，t）杂质的浓度分布函数，单位是cm-3 D：扩散系数，单位是cm2/s 上式已假定D是一个常数。事实上，扩散系数D是表征扩散速度的物理常 数，随着固体的温度上升而变大，同时还受到杂质浓度、晶体结构等因 素的影响。
4. 由于在扩散原理或设备上的差异，对elkem等一些特殊硅片的扩散效果很不 理想，暂时还未找到比较合适的改善方法。
1.3 .1 磷酸喷涂效果分析
• 喷涂要求： 磷源喷涂后，源液颗粒由于所处条件不同，处于界面的分子与处于体内
的分子所受力是不同的。在液体内部的一个水分子受到周围水分子的作用力 的合力为零，但在表面的一个液体分子却不如此。其合力方向垂直指向液体 内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力即是表面张力。
• 1.2.2 恒量源扩散
在扩散前，用预扩散或沉积法，使硅片表面具有一定量的杂质源Q，整个扩散过 程中不再加源，因而整个扩散过程中杂质源总量Q保持不变，随着扩散深度增加，表 面浓度不断下降，称这种情况为恒量源扩散。杂质源限定在硅片表面薄的一层，杂质 总量Q是常数。
N（x，t）=（Q/（Dt）1/2）*exp（-X2/4Dt）
2.虽然链式扩散比较均匀，但由于磷酸水溶液的表面张力，势必导致扩散后硅 片四周电阻高于中心电阻，即有边缘效应存在，而且在湿法刻蚀后情况会更 加明显，造成最边缘方阻过高。
3.要使扩散后硅片方块电阻比较均匀，就要求有良好的磷酸喷涂效果，扩散炉 温度要恒定。这对磷酸喷涂稳定性与磷源涂布均匀性要求很高，对设备要求 比较苛刻。
1.2 扩散方式
1.2.1 恒定源扩散 整个扩散过程中，硅片周围的杂质浓度恒定，不随时间而改变，硅片
表面的杂质浓度Ns保持不变，始终等于源相中的杂质浓度，称这种情况 为恒定源扩散。
N（x，t）=NSerfc（x/（2*（Dt）1/2）） 式中erfc称作余误差函数，因此恒定表面浓度扩散分布符合余误差 分布。
当磷酸分散成雾滴喷到硅片表面时如果硅片表面不显示亲水性，就容易 受`表面张力的影响凝聚成许多小液滴分散在硅片表面，扩散后硅片表面呈花 斑状（雪花片）。
• 改善方向： 1.减小磷酸液滴的表面张力：溶液中加入添加剂（如无水乙醇）ห้องสมุดไป่ตู้提高溶液 温度；减少溶液浓度等。
2.增强硅片表面的亲水性：增加润湿程度，形成氧化硅膜。效果最好的是湿 润的氧化膜。（硝酸湿法氧化）
电阻
成本 结深 安全性 操作
链式扩散
管式扩散
整面均匀性较好，方阻四周 整面均匀性略差，方阻四周低于
高于中心
中心
磷酸价格较低
三氯氧磷较贵
浅
较深
好
磷源毒性大
方便，利于自动化
操作比较麻烦
• 但是链式扩散有以下弊端：
1.链式扩散炉不是一个密闭空间，容易受污染。而且一旦受污染，不易清洗， 需要较长一段时间才能恢复。所以良好的清洗效果、保持环境洁净度以及员 工的规范操作至关重要。
结深
• 扩散的要求就是获得适合于太阳电池PN结需要的结深和扩散层方块电阻。浅 结死层小，电池短波响应好，但浅结引起串联电阻增加，只有提高栅电极的 密度，才能有效提高电池的填充因子，这样，增加了工艺难度；结深太深， 死层比较明显，如果扩散浓度太大，则引起重掺杂效应，使电池开路电压和 短路电流均下降。实际电池制作中，考虑到各个因素，太阳电池的结深一般 控制在0.3～0.5m。 我们常规电池链式扩散后结深较浅，一般在0.25~0.28 m左右。结深可 以随着扩散温度和时间的增加而有所增加（如下图所示）。