太阳能电池片扩散工艺.ppt

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。 扩散的用途：金属表面处理，半导体器件生产等。,1.1 扩散的概念,在p（n）型衬底上扩散n（p）型杂质形成pn结。达到合适的掺杂浓度。,2.2 扩散工艺的目的,制造pn结原理：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，而此时半导体晶体内部就形成pn结。 利用磷原子(n型) 向晶硅片(p型)内部扩散的方法，改变晶硅片表面层的导电类型，从而形成pn结。这就是用pocl3液态源扩散法制造p-n结的基本原理。,扩散的工艺原理,三氯氧磷（pocl3）液态源扩散 喷涂磷酸水溶液后链式扩散 丝网印刷磷浆料后链式扩散 优点： 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。,太阳电池磷扩散方法,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。,pocl3 简介,pclo3极易水解，在潮湿的空气中，因水解产生酸雾，水解生的hcl 溶于源中会使源变成淡黄色，此时须换源。 工艺生成物hpo3是一种白色粘滞性液体，对硅片有腐蚀作用，并会使石英舟粘在管道上不易拉出。,pocl3 简介,磷扩散工艺过程,7,清洗,饱和,装片,送片,回温,扩散,关源，退舟,方块电阻测量,卸片,清洗,清洗开始时，先开o2，再开tca；清洗结束后，先关tca，再关o2。 三氯乙烷（c2h3cl3）高温氧化分解，产生的氯分子与重金属原子化合后被气体带走，达到清洗石英管道的目的。其反应式为： c2h3cl3 + o2 = cl2 + h2o + co2 + 当炉温升至预定温度（1050）后直接运行tca工艺，直至tca+饱和工艺结束。,8,清洗,化学品：c2h3cl3(三氯乙烷) 特性： 无色液体，不溶于水 危害性：遇明火、高热能燃烧，并产生剧毒的氯化氢烟雾 。急性中毒主要损害中枢神经系统。对皮肤有轻度脱脂和刺激作 用。,9,饱和,每班生产前，需对石英管进行饱和。 炉温升至设定温度时，以设定流量通小n2（携源）和o2，使石英管饱和，20分钟后，关闭小n2和o2。 初次扩散前或停产一段时间以后恢复生产时，需使石英管在950通源饱和1小时以上。,10,装片,戴好防护口罩和干净的塑料手套，将清洗甩干的硅片从传递窗口取出，放在洁净台上。 用吸笔依次将硅片从硅片盒中取出，插入石英舟。,11,送片,用舟叉将装满硅片的石英舟放在碳化硅臂浆上，保证平稳，缓缓推入扩散炉。,12,回温,打开o2，等待石英管升温至设定温度。,13,扩散,打开小n2，以设定流量通小n2（携源）进行扩散,14,关源，退舟,扩散结束后，关闭小n2和o2，将石英舟缓缓退至炉口，降温以后，用舟叉从臂桨上取下石英舟。并立即放上新的石英舟，进行下轮扩散。 如没有待扩散的硅片，将臂浆推入扩散炉，尽量缩短臂桨暴露在空气中的时间。,15,卸片,等待硅片冷却后，将硅片从石英舟上卸下并放置在硅片盒中，放入传递窗。,16,检验原理,v,r=fv/i 四探针可以排成不同的几何形状，最常见的是排成一条直线。 探针间距远大于结深时，几何修正因子为4.5325。,i,四探针法原理,关于四探针,用途：测量半导体材料的电阻率。 原理：使用四根处于同一水平面上的探针压在所测材料上，1,4探针通电流。2,3探针间产生一定的电压。,扩散方块电阻控制在47-52/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。,工艺参数,tca清洗 预饱和,工艺参数,扩散参数,扩散装置示意图,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： 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： 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： 生成的p2o5又进一步与硅作用，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 。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 。,五氧化(二)磷 1.物质的理化常数: 国标编号 81063 cas号 1314-56-3 中文名称 五氧化(二)磷 英文名称 phosphorus pentoxide；phosphoric anhydride 别 名 磷酸酐 分子式 p2o5 外观与性状 白色粉末，不纯品为黄色粉末，易吸潮 分子量 141.94 蒸汽压 0.13kpa(384) 熔 点 563 溶解性 不溶于丙酮、氨水，溶于硫酸 密 度 相对密度(水=1)2.39；相对密度(空气=1)4.9 稳定性 稳定 危险特性：接触有机物有引起燃烧危险。受热或遇水分解放热，放出有毒的腐蚀性烟气。具有强腐蚀性。 燃烧(分解)产物：氧化磷。,cl2,颜色气味状态：通常情况下为有刺激性气味黄绿色的气体。 密度：比空气密度大，标况时是=m/v(m)=(71g/mol)/(22.4l/mol)=3.17g/l 。 易液化。熔沸点较低，在101kpa下，熔点-107.1c，沸点-34.6c，降温加压可将氯气液化为液氯，液氯即cl2，其与氯气物理性质不同，但化学性质基本相同。 溶解性：可溶于水，且易溶于有机溶剂，难溶于饱和食盐水。1体积水在常温下可溶解2体积氯气，形成氯水，密度为3.170g/l。,影响扩散的因素,浓度差别的存在是产生扩散运动的必要条件，环境温度的高低则是决定扩散运动快慢的重要因素，而扩散时间则是决定扩散的浓度和深度的因素。,高温氧化/扩散系统的设备简介,高温氧化/扩散系统设备的总体结构分为四大部分：控制部分、推舟净化部分、电阻加热炉体部分、气源部分。,高温氧化/扩散系统的设备简介,闭管的炉体尾部气路,尾气液收集瓶,气源进气口,炉体尾气管,尾气排放管道,高温氧化/扩散系统的设备简介,控制部分： 位于控制柜的计算机控制系统分布在各个层面，而每个层面的控制系统都是相对的独立部分，每层控制对应层的推舟、炉温及气路部分，是扩散/氧化系统的控制中心。 在每层相应的前面板上， 左侧分布15寸触摸屏，右侧 分布状态指示灯、报警器、 急停开关和控制开关。,高温氧化/扩散系统的设备简介,推舟净化部分： 推舟净化柜的顶部装有照明灯；正面是水平层流的高效过滤器及推舟的丝杠、导轨副传动系统及sic悬臂浆座，丝杠的右端安装有 驱动步进电机，导轨两端是限位开关。一是为硅片进出提供高洁净区，二是将高温热气流驱散，以免灼热的气流将过滤器及净化台顶部烤焦。,限位开关,极限保护开关,净化系统,步进电机,高温氧化/扩散系统的设备简介,电阻加热炉体部分 电阻加热炉体部分也细分三部分，顶层部分配置水冷散热器及排热风扇，废弃室顶部设有抽风口，与外接负压抽风管道连接后，可将工艺过程残余气体带走。 中间部分为加热炉体部分， 配置炉管、控温热电偶、超温 保护热电偶。 炉柜的底层安装有加热炉 的功率部件（可控硅、散热器、 接触器、变压器、可控硅过零 触发器等）及散热风机。,热电偶,高温氧化/扩散系统的设备简介,气源部分 气源柜顶部设置有排毒口，用以排除在换源过程中泄露的有害气体。 柜