扩散工艺介绍

扩散工艺介绍 技术部2009 7 16 对磷扩散的认识 半导体特性 硅太阳电池生产中常用的几种元素 硅 Si 磷 P 硼 B 元素的原子结构模型如下 对磷扩散的认识 半导体特性 硼 B 是三族元素 原子的最外层有三个价电子 硼原子最外层只有三个电子参加共价键 在另一个价键上因缺少一个电子而形成一个空位 邻近价键上的价电子跑来填补这个空位 就在这个邻近价键上形成了一个新的空位 我们称这个空位叫 空穴 这种依靠空穴导电的半导体称为空穴型半导体 简称P型半导体 P型半导体中空穴为多数载流子 自由电子为少数载流子 这种接受自由电子的杂质称为受主杂质 如下图 对磷扩散的认识 半导体特性 P型半导体 受主掺杂 接受自由电子 对磷扩散的认识 半导体特性 磷 P 是五族元素 原子的最外层有五个价电子 磷原子最外层五个电子中只有四个参加共价键 另一个不在价键上 成为自由电子 失去电子的磷原子是一个带正电的正离子 正离子处于晶格位置上 不能自由运动 它不是载流子 因此 掺入磷的半导体起导电作用的 主要是磷所提供的自由电子 这种依靠电子导电的半导体称为电子型半导体 简称N型半导体 N型半导体上自由电子为多数载流子 空穴为少数载流子 这种提供自由电子的杂质称为施主杂质 如下图 对磷扩散的认识 半导体特性 N型半导体 施主掺杂 提供自由电子 扩散工艺介绍 工艺原理高温下 单晶固体中会产生空位的点缺陷 当存在主原子或杂质原子的浓度梯度时 点缺陷会影响原子的运动 当某一晶格原子偶然地获得足够的能量而离开晶格位置 成为一个填隙原子 同时产生一个空位 当邻近的原子向空位迁移时 这种机理称为空位扩散 扩散工艺目的介绍 扩散的目的 形成PN结 太阳电池磷扩散方法 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目前采用的是第一种方法 扩散装置示意图 开管扩散炉结构示意图 热扩散化学反应方程式 化学反应方程式 扩散的两种模型 恒定表面浓度扩散恒定掺杂剂总量扩散Ns是恒定的表面浓度 D是恒定的扩散系数 x是位置坐标 t是扩散时间 erfc是余误差函数符号 影响扩散的因素 管内气体中杂质源的浓度扩散温度扩散时间管内气流的分布 扩散层薄层电阻 在太阳电池扩散工艺中 扩散层薄层电阻 方块电阻 是反映扩散层质量是否符合设计要求的重要工艺指标之一 方块电阻也是标志进入半导体中的杂质总量的一个重要参数 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 则该整个薄层的电阻为当l a 即为一个方块 时 R t 可见 t 代表一个方块的电阻 故称为方块电阻 特记为R t 扩散层薄层电阻的测试 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 常见问题及对策 方阻异常及对策突然一炉整体方阻偏大 波动大于5 对策 检查磷源是否充足 检查管路是否漏气 检查流量器是否正常 突然一炉炉口方阻整体偏大对策 观察炉口密封是否正常 突然一炉炉口方阻整体偏小 波动大于5 对策 检查流量器是否正常 设定稳定是否漂移 常见问题及对策 其他异常及对策出现 蓝片 数量大于5片 对策 如炉口是否积累偏磷酸较多 可以清洗炉管 程序突然中断对策 如及时发现可以 断点启动 磷源泄露对策 增加排风 所有人撤离现场 等专业人员解决 突然断电对策 等待恢复供电后 查看历史记录 根据实际情况进行返工 POCl3简介 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 POCl3应急处置 皮肤接触 立即脱去污染的衣着 用大量流动清水冲洗至少15分钟 就医 眼睛接触 立即提起眼睑 用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟 就医 吸入 迅速脱离现场至空气新鲜处 保持呼吸道通畅 如呼吸困难 给输氧 如呼吸停止 立即进行人工呼吸 就医 食入 用水漱口 无腐蚀症状者洗胃 忌服油类 就医 呼吸系统防护 可能接触其蒸气时 必须佩戴自吸过滤式防毒面具 全面罩 或隔离式呼吸器 紧急事态抢救或撤离时 建议佩戴空气呼吸器 POCl3应急处置 泄漏应急处理 应急处理人员戴自给正压式呼吸器 穿防酸碱工作服