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接下来磷扩散进入硅中,同时Cl2被排出。在扩磷的工艺过程中,其实是先通过液态源(POCl3)反应生成待扩散的磷,然后再进行磷的扩散。
其实POCl3与O2的反应是分两步进行的:
如果O2的量不足,就会存在产物PCl5,PCl5的存在会对硅片产生有害影响。所以实际生产中通常采用过量的O2来降低PCl5的影响,这也是反应(4.11)注明O2要过量的原因。
4.2扩散炉的结构、参数和关键性能
扩散工艺最早使用的是封管扩散,又称闭管扩散(如图4.3a)。这是把杂质源和硅片一起封入一个具有一定真空度的石英管中加热,使杂质元素扩散到硅中去。箱法扩散,又称半开管扩散(如图4.3b),是封管扩散的改进,采用一个石英或硅制成的带盖子的箱子,扩散时把硅片和杂质源一起放入箱内,盖上盖子送入扩散炉管中,炉管内的惰性气体起保护作用。封管扩散和箱法扩散所用的杂质源,都是易挥发的固态源,如元素镓和化合物BO、SbO等,硅片并不与杂质源接触,只是暴露在杂质源形成的气氛中。如果杂质源是气体或液体(如POCl3),则可用运载气体直接把气体或蒸气引入石英管内,通过气相杂质与硅表面反应而向硅片内扩散相应杂质(如图4.3c)。这时往往使用通气的开放性石英管,常称开管扩散。
图4.3扩散装置示意图
但是,关于扩散工艺或扩散装置的分类已经有些改变,目前一般根据尾气的排出方式,分为闭管扩散和开管扩散两种:从一端供气从另一端排出尾气的为开管扩散,其他的为闭管扩散。
4.2.1扩散炉的结构
以下以一种太阳电池用扩散炉的结构与操作工艺为例进行说明。该扩散炉的大口径加热炉体选用高品质炉丝以及耐高温保温材料,炉体使用寿命长,保温性能好。温控部分选用带有自整定PID调节系统、0.1级精度及具有多项保护功能的温控仪,因而控温精度高,温度稳定性好,升、降温响应速度快,同时可与计算机通讯实现升降温速率自动控制;送片系统采用丝杠、导轨副配以悬臂式推拉舟机构,可确保进出舟运行平稳,同时能有效地防止因摩擦而产生的粉尘污染。具有完善的安全保护措施,配备了超温、断偶、短路等报警装置。整机由计算机控制,各部分软、硬件连锁,工艺参数的设置及运行均可在触摸屏上直接进行,自动化程度高、操作简便、可靠性高。
扩散炉分为4大部分,总体结构见图4.4所示,从右到左为:控制部分、推舟净化部分、电阻加热炉部分、气源部分。外形尺寸(长×宽×高)约为6.8m×2.1m×3.0m,总重量约为2000kg。该扩散炉的炉体主体部分分为上、中、下三层,各装有一根石英管,三管可同时进行工作。
1.控制部分
整个控制柜有3层控制面板和1块前下面板,计算机控制部分分上层、中层、下层3个独立部分,分布对应扩散炉的上、中、下三管,控制其中的推舟、炉温及气源部分,是扩散炉的控制中心。
在每层的前面板上,左侧有15英寸触摸显示器,右侧有报警器、状态指示灯、控制开关以及急停开关等。在控制柜后面板上安装有2个RKC-CH402控温温控器和1个
图4.4扩散炉总体结构示意图
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