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恒量源扩散是指固定总量的杂质先淀积在硅片表面,而后扩散进入硅片内。对于一般扩磷的工艺,就相当于磷源的量是恒定的,不会在工艺过程中补充磷源,即有∫∞0C(x,t)=dx=S,其中S为总的杂质磷的量。同样,假定扩散前的硅片中不含磷,则有以下杂质分布:
该分布为高斯分布。由于随着扩散时间增加,杂质会越来越深地进入硅片的内部,在恒量源情况下表面浓度会下降,关于表面的杂质浓度有:
进一步可以求得某时刻扩散分布的杂质浓度梯度:
目前,在太阳能行业的扩散工艺中通常采用恒定表面浓度扩散,即源过量;而集成电路工艺中通常采用的是两步法,恒定表面浓度条件下形成预淀积扩散层,然后在恒量源扩散条件下进行扩散,使不同深度的杂质浓度比较均匀。
4.1.2磷扩散中的主要化学反应
常用的太阳能行业的扩散工艺中,主要原料气体包括POCl3、O2、N2。其中POCl3作为扩散源(此处又可称磷源)提供磷原子,O2作为工作气体参与化学反应,N2用于携带扩散源POCl3。
当采用扩散源POCl3进行磷扩散时,将发生下列反应:
通过上一个反应,在硅片表面形成了磷硅玻璃P2O5,接着用硅取代磷从而将磷释放出来。
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