硼扩散工艺实验报告

泸州职业技术学院实验报告学生姓名周民斌班级名称2011级微电1班专业微电子技术课程名称集成电路设计指导教师吕老师实验时间2013年 06 月 20 日 17 周星期实验名称：实验一，氧化工艺实验，实验二，光刻工艺实验，实验三，硼扩散工艺实验，实验四，磷扩散工艺实验。

实验目的，实验原理，实验步骤实验一氧化工艺实验一、实验目的1.学习硅片清洗2.氧化工艺操作二、实验原理1.硅片清洗硅片清洗液是指能够除去硅片表面沾污物的化学试剂或几种化学试剂配制的混合液。

常用硅片清洗液有：名称配方使用条件作用备注I号洗液NH4OH：H2O2：H2O=1：1：5~1：2：7 80±5℃10min去油脂去光刻胶残膜去金属离子去金属原子II号洗液HCL：H2O2：H2O=1：1：6~1：2：8 80±5℃10min去金属离子去金属原子III号洗液H2SO4：H2O=3：1 120±10℃10~15min去油去腊去金属离子去金属原子2.氧化原理二氧化硅能够紧紧地依附在硅衬底表面，具有极稳定的化学性和电绝缘性，因此，二氧化硅可以用来作为器件的保护层和钝化层，以及电性能的隔离、绝缘材料和电容器的介质膜。

二氧化硅的另一个重要性质，对某些杂质（如硼、磷、砷等）起到掩蔽作用。

从而可以实行选择扩散；正是利用这一性质，并结合光刻和扩散工艺，才发展起来平面工艺和超大规模集成电路。

制备二氧化硅的方法很多，但热氧化制备的二氧化硅掩蔽能力最强。

是集成电路工艺最重要的工艺之一，本实验为热氧化二氧化硅制备工艺。

根据迪尔就格罗夫模型，热氧化过程须经历如下过程：1.氧化剂从其他内部以扩散形式穿过滞留层运动到SiO2-气体界面，其流密度用F1表示。

流密度定义为单位时间通过单位面积的粒子数。

2.氧化剂以扩散方式穿过SiO2层（忽略漂移的影响），到达SiO2-Si界面，其流密度用F2表示。

3. 氧化剂在Si表面与Si反应声称SiO2，流密度用F3表示。

基于SE技术的硼扩散和氧化退火工艺研究作者：成秋云陈骏李明赵增超刘湘祁来源：《科技风》2024年第08期摘要：主要探究了關于N-TOPCon电池应用于选择性发射极（SE）技术中的硼扩散和氧化退火工艺。

通过设定实验变量，包括无氧推进过程及其所处的硼扩散和氧化退火工艺阶段，进行了方阻、ECV和钝化方面测试验证。

在氧化退火工艺中，低温氧气注入（860℃）能够改善整个非SE区域方阻的均匀性，延长升温无氧推进过程会降低方阻的均匀度；利用氧化硅和硅对于硼原子的不同扩散系数，低温氧气注入可以有效抑制硼原子的剧烈扩散，改善方阻均匀度。

实验通过低温氧气注入，片内方阻的标准方差由32.5%改善至2.5%，增加了方阻均匀度。

硼扩散工艺在BCl3源沉积后的推进程度决定了氧化退火工艺后的非SE区域的方阻和表面浓度。

实验通过调节硼扩散的推进程度使得表面浓度由1.2E19atom/cm3降低至5E18atom/cm3，表面暗电流饱和密度由47fA/cm2降低至37fA/cm2，I-Voc提升了8mV。

有效降低了饱和暗电流以及提升了开路电压。

关键词：低温氧化；方阻均匀度；推进；表面浓度；饱和暗电流密度太阳能作为一种新兴的可再生能源，是目前能够替代煤、石油等传统化石能源的最有效手段。

近年来，随着各国能源转型发展，光伏装机量在不断攀升。

光伏技术随着市场需求的发展亦是不断迭代更新，电池技术也是不断更新升级[1]。

N型TOPCon （TunnelOxidePassivatingContacts）隧穿氧化层钝化接触技术快速替代原有P型PERC （PassivatedEmitterandRearCell）钝化发射极和背部接触电池技术得以快速发展，成为目前炙手可热的光伏电池技术之一。

在N型TOPCon电池制备的工艺过程中，硼发射极的制备是形成PN结的关键步骤，是整个太阳能电池的心脏。

硼发射极的产业化制备主要包括BBr3和BCl3两种源来进行，由于BCl3自身特性，有利于延长炉管的寿命周期和低成本以及副产物Cl2的去杂质功能等优点，目前大多电池生产厂家使用BCl3源来制备PN结[2]。

两步法掺硼杂质（硼扩散）实验一、实验目的和要求：扩散工艺实验是通过平面工艺制造出有晶体管特性的硅平面NPN 晶体管等器件中的氧化、扩散、光刻这三个平面工艺中最基本工艺之一。

硼扩散工艺实验的目的是通过具体的硼扩散工艺操作熟悉硼扩散工艺步骤、了解扩散设备的使用以及进一步掌握和巩固两步法硼扩散工艺的原理和相关知识。

同时了解相关测试和分析手段，以及对工艺环境和成品率进行分析和评价。

二、实验原理：1、杂质浓度分布情况:硼扩散通常分为硼的预沉积（预扩散）和硼的再分布（再扩散）两步进行。

这就是硅平面工艺中所说的两步扩散工艺。

(1) 预沉积：采取恒定表面浓度的扩散方式，在硅片表面沉积上一层杂质原子。

由于扩散温度较低，且扩散时间较短，因此在预沉积过程中，杂质原子在硅片表面的扩散深度较浅。

其杂质分布遵循余误差函数分布。

根据这种扩散的特点可以写出它的初始条件和边界条件为：初始条件： (,0)0N x = (x 扩散结深)边界条件： (0,)N s N t = 和 (,t)0N ∞= (t 扩散时间；为Si 片表面的杂质浓度为恒定值)根据扩散方程 22N N D t x∂∂=∂∂ 和上述条件可解出预淀积杂质分布(,)N x t 表达式:220(,)(1)exp()s N x t N d πλλ=-- (λ为结深的微元) (1)简写为(,)s N x t N erfc = (D 为扩散系数) (2) 式中：erfc 为余误差函数；表面杂质浓度s N 和D 扩散系数主要取决于不同杂质元素和扩散温（0exp()a E D D kT -=,0D 和a E 为实验值）。

注:N s 是半导体内表面处的杂质浓度,它并不等于半导体周围气氛中的杂质浓度。

当气氛中得分压强较低时，在半导体内表面处的杂质溶解度将与其周围气氛中杂质的压强成正比。

当杂质分压强较高时，则与周围气氛中杂质的分压强无关，数值上等于扩散温度下杂质在半导体中的固溶度。

(2) 再分布:是把由预沉积过程在硅片表面淀积了一定杂质的硅片，放入较高温度的扩散炉内加热，使杂质向硅片内部扩散，扩散过程中没有外来杂质的补充，是一种限定源扩散。

第1篇一、实验目的本次实验旨在研究硼元素在特定条件下的再扩散行为，探讨不同因素对硼扩散速率的影响，为半导体材料制备和器件设计提供理论依据。

二、实验原理硼再扩散是指半导体材料中硼掺杂原子在高温条件下从高浓度区域向低浓度区域扩散的现象。

实验中，通过在单晶硅（Si）基板上制备硼掺杂层，然后加热至一定温度，观察并记录硼掺杂原子在材料中的再扩散情况。

三、实验材料与设备1. 实验材料：- 高纯度单晶硅（n型，电阻率为0.01Ω·cm）- 硼掺杂源（三氯化硼，BCl3）2. 实验设备：- 真空系统- 硅片清洗设备- 气相沉积设备- 真空炉- 温度控制器- 光学显微镜- 扫描电子显微镜（SEM）- 能量色散光谱仪（EDS）四、实验步骤1. 硅片清洗：将单晶硅片在去离子水中清洗，然后依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，最后用氮气吹干。

2. 硼掺杂：将清洗干净的硅片置于真空系统中，用气相沉积设备在硅片表面沉积一层厚度为1μm的硼掺杂层。

3. 硼再扩散实验：- 将沉积硼掺杂层的硅片放入真空炉中，设置不同的温度（例如：800℃、900℃、1000℃）。

- 在设定的温度下，加热硅片一定时间（例如：30分钟、60分钟、120分钟）。

- 加热结束后，迅速取出硅片，进行后续测试。

4. 分析与测试：- 利用光学显微镜观察硅片表面的形貌变化。

- 利用SEM和EDS分析硅片表面及内部的硼掺杂分布。

- 利用能量色散光谱仪（EDS）测定硅片中硼掺杂原子的浓度。

五、实验结果与分析1. 实验结果显示，随着加热温度的升高，硼掺杂原子在硅片中的再扩散速率逐渐加快。

2. 在800℃条件下，加热30分钟，硼掺杂原子在硅片中的扩散深度约为0.5μm；加热60分钟，扩散深度约为1μm；加热120分钟，扩散深度约为1.5μm。

3. 在900℃条件下，加热30分钟，硼掺杂原子在硅片中的扩散深度约为1μm；加热60分钟，扩散深度约为1.5μm；加热120分钟，扩散深度约为2μm。

一、硼扩散工艺原理（液态源）目前，液态源硼扩散常用：硼酸三甲酯B(CH3O)3，硼酸三丙酯，三溴化硼B(B2)3，无水硼酸三甲酯B(CH3O)3，为无色透明液体，在室温下挥发形成，具有较高真气压，硼酸三甲酯遇水易分解，升成硼酸和甲醇。

B（CH3O）+ 3H2O=H3BO3 + 3（CH3OH）B（CH3O）500℃以上B2O3 + CO2 + H2O + C2B2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4B硼酸三甲酯在高温（500℃以上）能够分解出三氧化二硼（B2O3），而三氧化二硼在900℃左右又能与硅片起反应，生成硼原子，并沉积在硅片表面，这就是预沉积过程；沉积后在基区窗口表面上生成具有色彩的硼硅玻璃。

二、硼扩散装置：硼再分布：当炉温升到预定温度（1180℃以后）通干O2 20分钟，排除管道内空气，同时加热水浴瓶，是水浴温度达到设定温度值950℃，一切就绪后，即可将正片和陪片一起装入石英舟推入炉子恒温区，先通5分钟干氧，在改通30分钟湿氧，最后通5分钟干氧，时间到即可把硅片拉出石英管，倒在铜块上淬火，防止慢降温时，金从硅体中析出。

一、磷扩散工艺原理5POCl3 >600℃3PCl5 + P2O52P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P4PCl5+5O2 过量O2 2P2O5+6Cl24PCl3+3O2 过量O2 2P2O5+6Cl2磷预沉积时，一般通N2为20～80ml/分，O2为20～40ml/分，O2可通过，也可不通过源。

二、磷扩散装置磷扩散源POCl3是无色透明有窒息性气味的毒性液体，要求扩散系统密封性好，源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道连接。

若用其他塑料管或乳胶管连接易被腐蚀，就需要经常更换。

接口处最好用封口胶，由系统流出气体应通过排风管排到室外，不要泄漏在室内。

源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶。

因为三氯氧磷吸水汽而变质，做扩散温度上不去。

2POCl3+3H2O=P2O5+5HCl发现三氟氧磷出现淡黄色就不能使用。

一、硼扩散工艺原理（液态源）目前，液态源硼扩散常用：硼酸三甲酯B(CH3O)3，硼酸三丙酯，三溴化硼B(B2)3，无水硼酸三甲酯B(CH3O)3，为无色透明液体，在室温下挥发形成，具有较高真气压，硼酸三甲酯遇水易分解，升成硼酸和甲醇。

B（CH3O）+ 3H2O=H3BO3 + 3（CH3OH）B（CH3O）500℃以上B2O3 + CO2 + H2O + C2B2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4B硼酸三甲酯在高温（500℃以上）能够分解出三氧化二硼（B2O3），而三氧化二硼在900℃左右又能与硅片起反应，生成硼原子，并沉积在硅片表面，这就是预沉积过程；沉积后在基区窗口表面上生成具有色彩的硼硅玻璃。

二、硼扩散装置：硼再分布：当炉温升到预定温度（1180℃以后）通干O2 20分钟，排除管道内空气，同时加热水浴瓶，是水浴温度达到设定温度值950℃，一切就绪后，即可将正片和陪片一起装入石英舟推入炉子恒温区，先通5分钟干氧，在改通30分钟湿氧，最后通5分钟干氧，时间到即可把硅片拉出石英管，倒在铜块上淬火，防止慢降温时，金从硅体中析出。

一、磷扩散工艺原理5POCl3 >600℃3PCl5 + P2O52P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P4PCl5+5O2 过量O2 2P2O5+6Cl24PCl3+3O2 过量O2 2P2O5+6Cl2磷预沉积时，一般通N2为20～80ml/分，O2为20～40ml/分，O2可通过，也可不通过源。

二、磷扩散装置磷扩散源POCl3是无色透明有窒息性气味的毒性液体，要求扩散系统密封性好，源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道连接。

若用其他塑料管或乳胶管连接易被腐蚀，就需要经常更换。

接口处最好用封口胶，由系统流出气体应通过排风管排到室外，不要泄漏在室内。

源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶。

因为三氯氧磷吸水汽而变质，做扩散温度上不去。

2POCl3+3H2O=P2O5+5HCl发现三氟氧磷出现淡黄色就不能使用。

硼扩散机理及工艺应用技术研究硼扩散机理及工艺应用技术研究报告1. 研究背景•硼扩散机理的研究在半导体行业中具有重要的意义。

•工艺应用技术的研究能够提高硼扩散工艺的效率和稳定性。

2. 硼扩散机理的理论基础•硼扩散是指通过热处理使得硼原子从高浓度的区域向低浓度的区域扩散。

•扩散过程中硼原子通过晶格空位或替代晶格中的其他原子进行扩散。

硼扩散的动力学模型•硼扩散可以通过Fick定律进行描述，其中扩散通量与浓度梯度成正比。

•硼扩散的速率还受到温度、时间和硼浓度的影响。

硼扩散的影响因素•晶体表面状态对硼扩散的影响较大。

•杂质的存在可能导致硼扩散机理发生改变。

3. 硼扩散工艺应用技术研究•硼扩散工艺的研究旨在提高掺杂均匀性和扩散速率。

控制掺杂均匀性的方法•通过改变扩散源的形状和结构可以提高掺杂均匀性。

•优化扩散参数可以控制掺杂均匀性的分布。

提高扩散速率的方法•使用特殊的扩散源可以提高扩散速率。

•增加热处理温度和时间可以加快扩散速率。

4. 工艺应用技术的实验研究•进行实验以验证理论模型和工艺应用技术的效果。

硼扩散实验设计•设计实验方案，包括扩散源的选择、扩散温度和时间的控制等。

实验结果分析•分析实验数据，验证理论模型的正确性。

•评估工艺应用技术在实验中的效果。

5. 结论与展望•硼扩散机理的研究对于半导体行业具有重要意义。

•工艺应用技术的研究能够提高硼扩散工艺的效率和稳定性。

•进一步的研究可以探索更高效的硼扩散工艺应用技术。

以上是对于”硼扩散机理及工艺应用技术研究”的相关研究报告，希望能对您的研究有所帮助。

2021年2月第34卷第1期山西能源学院学报Journal of Shanxi Institute of EnergyFeb.,2021Vol.34No.1•自然科学研究•硼扩散工艺对多晶黑硅效率的影响分析赵彩霞郭丽张波杨飞飞赵科巍(山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西长治046000)【摘要】本文针对硼扩散下多晶黑硅的表面复合速率高光电转换效率低的问题，在多晶黑硅太阳电池片上采用了多步变温扩散工艺增加前氧化工艺方法,研究了多步硼扩散工艺下进行的方阻梯度变化情况。

结果表明：多晶黑硅在背面硼扩散方阻2800左右的条件下，电性能最佳，方阻过高或过低均不利于电池片光电转换。

【关键词】多晶黑硅;硼扩散；多步扩；方阻;转换效率【中图分类号】TD32【文献标识码】A【文章编号】2096-4102(2021)01-0100-031引言目前在晶硅太阳能产业链中，由于硅片的切割技术已由原本的砂线切割改为金刚线切割，单晶硅硅基电池以其技术路线成熟效率高的特点已逐渐在市场占有率上高于多晶硅。

加上经过制绒后的单晶硅片反射率通常在11%左右，而砂浆切割的多晶硅片反射率为18%左右，因此多晶电池片更不具有竞争优势。

但由于黑硅有着优越的陷光作用，于是将黑硅多晶金属催化化学腐蚀法制绒工艺(Metal-catalyzed chemical etching，简称MCCE)应用到金刚线切割多晶硅片后，反射率可以降低至12%左右，并大幅降低多晶电池片的光学损失，提高多晶电池的转换效率，从而逐步缩小多晶电池与单晶电池的效率差异。

另外，多晶电池片本身加工成本较低，在缩小电池片转换效率之后，给多晶黑硅电池带来了转机。

在晶硅电池中影响光电转换效率的主要因素一是载流子表面复合速率;二是硅铝背接触的接触电阻。

但传统铝背场以吸杂与钝化来增加少子寿命来提高光电转换效率也不满足目前的高效电池要求，如何进一步降低表面复合速率提高光电转换效率的研究显得更加重要。