扩散工序培训

扩散工序简介技术部1.1.1.1.概述2.2.2.2.扩散的基本原理和工艺3.3.3.3.扩散设备简述4.4.4.4.扩散工序标准作业5.5.5.5.扩散工序检测6.6.6.6.安全注意事项主要内容：1.1.1.1.概述�扩散的概念�半导体物理----本征半导体----杂质半导体-PN-PN-PN-PN结----光生伏特效应1.11.11.11.1扩散的概念扩散（diffusiondiffusiondiffusiondiffusion）：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。�扩散在太阳能电池生产中的作用什么是PNPNPNPN结？半导体特性1.2.11.2.11.2.11.2.1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）SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi硅（绝对零度下）SiSiSiSiSiSiSiSiSi硅（绝对零度以上，本征激发）1.2.21.2.21.2.21.2.2杂质半导体ⅰ�半导体掺杂�掺杂的途径有扩散和离子注入。�扩散机制：杂质原子填隙型杂质替位型杂质填隙扩散空位扩散填隙扩散空位扩散1.2.21.2.21.2.21.2.2杂质半导体ⅱ在本征半导体硅（以硅为例）中掺入三价元素硼（BBBB），就形成PPPP型半导体。（多子、少子）SiBSiBSiSiSiSi多余空穴容易移动1.2.21.2.21.2.21.2.2杂质半导体ⅲ在本征半导体硅（以硅为例）中掺入五价元素磷（PPPP），就形成NNNN型半导体。SipSiSipSiSipp多余电子容易移动1.2.3PN1.2.3PN1.2.3PN1.2.3PN结杂质补偿作用，多子扩散、少子漂移。－－－－－－－－－－－－++++++++++++耗尽区内建电场NNNN型层PPPP型层电子空穴1.2.41.2.41.2.41.2.4光生伏特效应VNNNN层P层输出++++++++－－－－－－－－内建电场2.2.2.2.扩散的基本原理与工艺�扩散工序在太阳电池制造中的位置�扩散工艺的目的�扩散工艺简介�扩散方式介绍�POCLPOCLPOCLPOCL3333扩散原理�扩散工艺流程�扩散工艺参数�工艺参数控制2.12.12.12.1扩散工序在太阳电池制造中的位置�太阳电池制造过程清洗制绒甩干磷扩散形成p-np-np-np-n结等离子体边缘腐蚀去磷硅玻璃甩干PECVDPECVDPECVDPECVD沉积SiNxSiNxSiNxSiNx印刷背面电极烘干印刷铝背场烘干印刷正面电极烧结测试包装2.22.22.22.2扩散工艺的目的在PPPP（NNNN）型衬底上扩散NNNN（PPPP）型杂质形成PNPNPNPN结。达到合适的掺杂浓度ρ。PPPP型衬底2.32.32.32.3工艺简介ⅰ�对于一般只有一个PNPNPNPN结的硅电池来说，扩散成结的质量极大地影响着电池的性能，硅太阳电池的特性直接受到扩散区和基区性能的影响。�扩散对太阳电池特性参数的影响：1.V1.V1.V1.VOCOCOCOC：要求较高的表面掺杂浓度；2.I2.I2.I2.ISCSCSCSC：要求较轻的表面掺杂浓度和浅结；3.FF3.FF3.FF3.FF：需要高的表面掺杂浓度；（高掺杂有利于制备良好的电极欧姆接触，放宽烧结工艺条件。并能降低串联电阻）2.32.32.32.3工艺简介ⅱ�两步扩散法：目前业内广泛使用的扩散方法。低温预淀积，较高温重掺杂（推进扩散）。下图为采用两步扩散法和一步扩散后电池片VVVVOCOCOCOC和IIIISCSCSCSC的对比：2222表示两步扩散，1111代表一步扩散。）�选择性扩散：为什么提出选择性扩散，其优缺点。0.5950.60.6050.610.6150.620.6251336597129161193225Uoc1Uoc24.9555.055.15.155.25.255.35.355.45.451326394125156187218249Isc1Isc22.42.42.42.4扩散方式介绍１．三氯氧磷（POClPOClPOClPOCl3333）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�目前采用的是第一种方法。为什么？2.5POCL2.5POCL2.5POCL2.5POCL3333扩散原理ⅰPOClPOClPOClPOCl3333在高温下（600600600600℃）分解生成五氯化磷（PClPClPClPCl5555）和五氧化二磷（PPPP2222OOOO5555），其反应式如下：生成的PPPP2222OOOO5555在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiOSiOSiOSiO2222）和磷原子，其反应式如下：5253OP3PClC6005POCl+⎯⎯⎯⎯→⎯°↓+→+4P5SiO5SiO2P2522.5POCL2.5POCL2.5POCL2.5POCL3333扩散原理ⅱ在有外来OOOO2222存在的情况下，PClPClPClPCl5555会进一步分解成PPPP2222OOOO5555并放出氯气（ClClClCl2222）其反应式如下：在有氧气的存在时，POClPOClPOClPOCl3333热分解的反应式为：↑+⎯⎯⎯⎯→⎯+2522510ClO2P2O5O4PCl↑+→+252236ClO2POPOCl2.62.62.62.6扩散工艺流程TCATCATCATCA（CCCC2222HHHH3333ClClClCl3333）清洗→饱和→装片→送片→回温→扩散→关源、退舟→卸片→方块电阻测量刻蚀传递窗测试净化存储柜传递窗装/卸片TCA净化操作台2.72.72.72.7工艺参数ⅰTCATCATCATCA清洗预饱和10-250.5240-4801050参数设置O2(L/min)小N2(L/min)时间（min）温度（℃）1-2.518-251-260900-950参数设置O2(L/min)大N2(L/min)小N2(L/min)时间（minminminmin）温度（℃）2.72.72.72.7工艺参数ⅱ扩散参数202020200000000025~3025~3025~3025~30840~900840~900840~900840~90010101010出炉202020200000000025~3025~3025~3025~30840~900840~900840~900840~90010101010吹氮202020201.8~2.21.8~2.21.8~2.21.8~2.21.6~2.01.6~2.01.6~2.01.6~2.025~3025~3025~3025~30840~900840~900840~900840~90020~3020~3020~3020~30通源202020200000000025~3025~3025~3025~30840~900840~900840~900840~9009999稳定202020200000000025~3025~3025~3025~30840~900840~900840~900840~9006666进炉源温（℃）O2O2O2O2（L/minL/minL/minL/min）小NNNN2222（L/minL/minL/minL/min）大N2N2N2N2（L/minL/minL/minL/min）温度（℃）时间（minminminmin）2.82.82.82.8工艺参数控制影响扩散的因素：�管内气体中杂质源的浓度�扩散时间�扩散温度3.3.3.3.扩散设备简述�扩散装置示意图�设备简介�扩散设备结构�设备维护3.13.13.13.1扩散装置示意图3.23.23.23.2设备简介�名称：M5111-4WL/UMM5111-4WL/UMM5111-4WL/UMM5111-4WL/UM型高温扩散////氧化系统�用途：用于高温扩散和氧化�设备提供商：中国电子科技集团第四十八研究所�产能：每管400400400400片////每次�主要特点：----采用三段自动控温，控温精度≤0.50.50.50.5℃。----恒温长800mm,800mm,800mm,800mm,精度≤+/-1+/-1+/-1+/-1℃。----超温、断偶、断水报警和保护功能。----工艺过程由工控计算机全自动控制,,,,触摸屏操作3.33.33.33.3扩散设备结构ⅰ排风气源柜炉体柜计算机控制柜推舟机构排废口净化操作台总电源进线进气3.33.33.33.3扩散设备结构ⅱ3.43.43.43.4设备维护�每日点检的内容：SICSICSICSIC桨、各指示灯、触摸屏、排废、温湿度等�每月点检的内容：添加润滑油、传动杆磨损情况、石英管清洗�每年点检的内容：电气部分、工艺管和电热炉、各部件动作、气路单元、真空单元、各仪表4.4.4.4.扩散标准作业�基本作业�换源作业�石英管拆卸、清洗和安装----作业流程----相关图片展示4.1.14.1.14.1.14.1.1基本作业流程开机→对硅片自检→检查石英舟→插片→上浆→运行工艺→卸片→测方块电阻→返工片和碎片处理→流程卡填写�各步骤细节。（具体见作业指导书）4.1.24.1.24.1.24.1.2相关图片ⅰ插片净化工作台插片时必须穿好洁净工作服。4.1.24.1.24.1.24.1.2相关图片ⅱ严禁裸手操作，一定要戴好乳胶手套，且不得用手直接接触硅片和石英舟。真空吸笔，从载片盒中吸取硅片插到石英舟内。载片盒4.1.24.1.24.1.24.1.2相关图片ⅲ碳化硅桨，易碎。安装、拆卸时切勿碰撞！上桨移动、放置石英舟时，一定要小心轻放！触摸屏4.24.24.24.2换源作业1.1.1.1.换源前先确认工艺已停止运转，确定可以换源，戴好防毒面具、乳胶手套、和防酸服等，切断气源（小NNNN2222），先关进气阀，后关出气阀，阀门拧紧即可，将源瓶从源瓶座中取出，注意要用二只手拿，力度要轻，应避免碰撞，拧松阀门将软管拔下，将换下来的源瓶放至周转盒并送至抽风橱中。2.2.2.2.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。3.3.3.3.换好后先通小流量NNNN2222试验（第二个人手动打开小NNNN2222），确认源瓶中有气泡出，管路接口无异常，且无回流或倒流现象则OKOKOKOK，把源瓶放入源瓶座中，确认恒温箱温度，关好源柜门，收好防毒面具、防酸服等，手套扔入指定场所，作好换源记录。4.34.34.34.3石英管的拆卸、清洗和安装石英管的清洗每月一次，一般在设备维护时清洗，石英管清洗涉及到以下作业：----石英管的拆卸----清洗液的配制----石英管的清洗----石英管的安装5.5.5.5.扩散工序检测�外观检验�方块电阻检验----检验标准----检验原理----检验仪器----标准作业�少子寿命检测�洁净度检测5.15.15.15.1外观检测ⅰ�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：绒面不良，花斑，黑点，偏磷酸污染，裂纹，崩边，VVVV型缺口5.15.15.15.1外观检测ⅱ5.2.15.2.15.2.15.2.1检验标准�为什么把方块电阻做为检验标准？�同一炉扩散方块电阻不均匀度≤10%10%10%10%，同一硅片扩散方块电阻不均匀度≤5%5%5%5%。�不均匀度=(R=(R=(R=(R□maxmaxmaxmax-R-R-R-Rminmin