一種磷擴散方法與流程

2023-10-05 23:42:19

本發明涉及一種磷擴散方法，屬於半導體摻雜制結領域。

背景技術：

半導體材料具有相應的禁帶寬度，半導體材料，尤其是矽材料是當今IC，IT，太陽能行業的基礎。要使得半導體材料獲得功能上的運用，基礎就是形成PN結。PN結的性能是半導體器件的基礎，目前，均是通過摻雜技術形成PN結。磷是一種V族元素，是常用的N型摻雜元素。隨著技術的進步，對摻雜技術提出了越來越高的要求，例如對成本的要求、對摻雜區方塊電阻均勻性的要求，尤其是太陽能行業對磷摻雜區域的成本以及電阻均勻性要求很高，同時要避免摻雜表面的死層現象，因為這些參數對產品的開路電壓、短路電流有著重要影響。

現有的磷摻雜技術往往是磷表面擴散技術，例如在溫度700-900攝氏度之間的氮氣氛圍中，通入三氯氧磷氣體，完成初步擴散；之後在進行推結工藝完成表面摻雜，然而，這種磷擴散工藝得到的摻雜區方塊電阻往往不夠均勻，磷吸雜不夠理想。

技術實現要素：

本發明針對上述技術問題的不足，在大量實驗的基礎上，發明一種磷擴散工藝。該工藝能夠改善擴散時磷吸雜，提高磷摻雜區方塊電阻的均勻性，並且成本不高，以現有的設備能夠完成。

本發明提供的技術方案為一種磷擴散方法，具體步驟為： （1）提供矽片，將矽片置於石英舟內，將石英舟固定安置於擴散爐內，封閉擴散爐的爐門；

（2）向擴散爐內通入大氮，氮氣流量為20ml/min；通入10min後開始升溫，並將爐內溫度升溫至950-1050攝氏度，之後恆溫；

（3）然後進行擴散工藝，具體為：分段向擴散爐內通入攜三氯氧磷氣體和氧氣；

（4）完成擴散工藝，停止通入攜三氯氧磷氣體和氧氣，在大氮氛圍中，將爐內溫度降低至750-800攝氏度，並保溫推進10min；

（5）降溫出舟，取矽片。

其中，擴散工藝還可以具體為：通入攜三氯氧磷氣體和氧氣進行擴散工藝，擴散總時間為30min；在整個所述擴散工藝中，氧氣的流量始終為2L/min的氣體流量；從所述擴散工藝開始計時，0-5min內通入流量為15L/min的攜三氯氧磷氣體，之後5-10min內通入流量為5L/min的攜三氯氧磷氣體，之後10-15min內通入流量為15L/min的攜三氯氧磷氣體，之後15-20min內通入流量為5L/min的攜三氯氧磷氣體，之後20-25min內通入流量為15L/min的攜三氯氧磷氣體，最後25-30min內通入流量為5L/min的攜三氯氧磷氣體。

其中，矽片可以為單晶或多晶矽片，尺寸為4英寸、8英寸或12英寸。

附圖說明

圖1 擴散過程中氣體通入情況。

具體實施方式

以下結合具體實施方式對本發明做詳細的說明。但注意其僅僅是本發明包括的一種具體實施方式，並不是本發明的全部。本發明不局限於以下實施方式。

實施例1

提供矽片，該矽片可以是成本高的單晶矽片也可以是成本低的多晶矽片，其尺寸可根據生產需要選取，是要設備允許，4英寸、8英寸、12英寸等等均可以。將矽片置於石英舟內，將石英舟固定安置於擴散爐內。封閉擴散爐的爐門。

向擴散爐內通入大氮，氮氣流量為20ml/min；通入10min後開始升溫，並將爐內溫度升溫至950攝氏度，之後恆溫。

然後進行擴散工藝，具體為：向擴散爐內通入攜三氯氧磷氣體和氧氣，三氯氧磷液體源溫度為20攝氏度；參考圖1，在整個擴散工藝中，氧氣的流量始終為2L/min的氣體流量；而攜三氯氧磷氣體的流量不是恆定的，是以分段的方式控制的，具體而言是分6段，共3個周期，每段持續的時間是5分鐘。從擴散開始計時，0-5min內通入流量為15L/min的攜三氯氧磷氣體，之後5-10min內通入流量為5L/min的攜三氯氧磷氣體，之後10-15min內通入流量為15L/min的攜三氯氧磷氣體，之後15-20min內通入流量為5L/min的攜三氯氧磷氣體，之後20-25min內通入流量為15L/min的攜三氯氧磷氣體，最後25-30min內通入流量為5L/min的攜三氯氧磷氣體。

完成擴散工藝，停止通入攜三氯氧磷氣體和氧氣，在大氮氛圍中，將爐內溫度降低至800攝氏度，並保溫推進10min。

降溫出舟，取矽片。

實施例2

提供矽片，將矽片置於石英舟內，將石英舟固定安置於擴散爐內。封閉擴散爐的爐門。

向擴散爐內通入大氮，氮氣流量為20ml/min；通入10min後開始升溫，並將爐內溫度升溫至1000攝氏度，之後恆溫。

然後向擴散爐內通入攜三氯氧磷氣體和氧氣進行擴散工藝。其中，三氯氧磷液體源溫度為20攝氏度，在整個擴散工藝中，氧氣的流量始終為2L/min的氣體流量；攜三氯氧磷氣體的通入方式為：從所述擴散工藝開始計時，0-5min內通入流量為15L/min的攜三氯氧磷氣體，之後5-10min內通入流量為5L/min的攜三氯氧磷氣體，之後10-15min內通入流量為15L/min的攜三氯氧磷氣體，之後15-20min內通入流量為5L/min的攜三氯氧磷氣體，之後20-25min內通入流量為15L/min的攜三氯氧磷氣體，最後25-30min內通入流量為5L/min的攜三氯氧磷氣體。

完成擴散工藝，停止通入攜三氯氧磷氣體和氧氣，在大氮氛圍中，將爐內溫度降低至750攝氏度，並保溫推進10min。

降溫出舟，取矽片。

以上詳細描述了基於本發明的兩個實施方式，以下將對本工藝的磷擴散方法的注意點進行一些說明：

在擴散工藝中，採取了分6段3個周期的類似脈衝式的通磷源氣體的方式，其形成的效果是在矽片表面內形成類似的脈衝磷雜質分布。由於每段時間只有5分鐘，為了在5分鐘內體現出磷雜質在矽片表面內的分布作用，就需要提高擴散溫度到950攝氏度或是以上一些。另外，6段擴散中總是高磷源氣體後接一個低磷源氣體，作為對比例，如果將其順序交換為先通低磷源氣體之後接高磷源氣體，則最後的效果沒有前者理想，實驗數據中，後者的方塊電阻在不同的深度下偏離可達20%以上，而前者為10%以內，其中原因可能與首次擴散時矽片表面具有一些氧化的雜質有關，首次擴散選用高流量能夠抵消這些不利因數。由於採用了6段3個周期的擴散方式，在推進工藝中，需要將爐內的溫度降低到800攝氏度或以下，在推進過程中磷雜質的濃度在矽片表面內的分布均衡，提高方塊電阻的均勻性。因此，通過本發明的設計，能夠改善擴散時磷吸雜，提高磷摻雜區方塊電阻的均勻性，並且成本不高，以現有的設備能夠完成。