由氧化層厚度估算化學(xué)反應(yīng)擴(kuò)散摻雜量的研究

1、由氧化層厚度估算化學(xué)反應(yīng)擴(kuò)散摻雜量的研究 收藏 分享 2011-5-13 13:28| 發(fā)布者: 么西么西| 查看數(shù): 960| 評(píng)論數(shù): 0摘要: 在擴(kuò)散制備p/n結(jié)后，往往需要測(cè)量擴(kuò)散進(jìn)入硅中的摻雜量。一般用四探針?lè)y(cè)量擴(kuò)散層的方塊電阻，由方塊電阻直接反映擴(kuò)入硅片內(nèi)部的雜質(zhì)量多少，但用四探針?lè)ㄐ枰獙Ｓ玫木軆x器。實(shí)際上，在化學(xué)反應(yīng)擴(kuò)散的情況下 .在擴(kuò)散制備p/n結(jié)后，往往需要測(cè)量擴(kuò)散進(jìn)入硅中的摻雜量。一般用四探針?lè)y(cè)量擴(kuò)散層的方塊電阻，由方塊電阻直接反映擴(kuò)入硅片內(nèi)部的雜質(zhì)量多少，但用四探針?lè)ㄐ枰獙Ｓ玫木軆x器。實(shí)際上，在化學(xué)反應(yīng)擴(kuò)散的情況下，伴隨反應(yīng)生長(zhǎng)的SiO2薄膜的厚度與擴(kuò)散進(jìn)入硅中的

2、摻雜量有確定的關(guān)系，由此可用稱重法或辨色法測(cè)量或估計(jì)氧化層厚度，簡(jiǎn)便地估算出擴(kuò)散摻雜量。本文以適用于硅太陽(yáng)電池的液態(tài)源磷擴(kuò)散為例，對(duì)該方法進(jìn)行了討論。 一、理論計(jì)算 硅太陽(yáng)電池的液態(tài)源磷擴(kuò)散一般是在過(guò)量氧的氣氛和900左右的高溫中，用氮?dú)馔ㄟ^(guò)液態(tài)源攜帶揮發(fā)的汽態(tài)POCl3，在擴(kuò)散石英管中和硅片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的，其反應(yīng)式為4POCl3+3O2=2P2O5+6Cl2（1）2P2O5+5Si=5SiO2+4P（2）由上式可見(jiàn)，每生成四個(gè)磷原子，就有五個(gè)二氧化硅分子伴隨，則磷原子數(shù)Qp與二氧化硅的分子數(shù)MSiO2的關(guān)系為（3）而Msio2=sdnsio2（4）s和d分別為二氧

3、化硅的面積和厚度，nSiO2是二氧化硅的分子密度，數(shù)值為2.30×1022cm3。干氧與硅也會(huì)直接發(fā)生反應(yīng)生成SiO2薄膜，但干氧氧化速率相當(dāng)?shù)?，在硅太?yáng)電池的液態(tài)源磷擴(kuò)散的條件下（900，1015min），干氧與硅直接反應(yīng)生成的SiO2薄膜在10nm左右，可以忽略不計(jì)，亦可做為修正因子，SiO2薄膜主要是由反應(yīng)式（1）和（2）生成的。反應(yīng)式（2）的氧化機(jī)理是：高溫下的P2O5分子與硅片表面的Si原子反應(yīng)，生成SiO2起始層，此后，由于氧化層阻止了P2O5分子與硅片表面的直接接觸，P2O5分子只有以擴(kuò)散方式通過(guò)SiO2層，到達(dá)SiO2-Si界面，才能與Si原子反應(yīng)，生成新的SiO2層

4、和P原子。在900時(shí)，磷在硅中的擴(kuò)散系數(shù)約為其在二氧化硅中的100倍，而且磷在硅中的固溶度約為其在二氧化硅中的10倍，可以認(rèn)為所生成的磷原子絕大多數(shù)擴(kuò)入了硅片中。硅片中磷原子摻雜量為QSiQp（5）將式（3）和（4）代入上式，可得單位面積擴(kuò)入硅片的磷原子摻雜量：QSicd（6）式中，常數(shù)c=1.84×1019，QSi的單位為cm2，d的單位為m。 二、結(jié)果討論（1）擴(kuò)散進(jìn)入硅中的摻雜量與化學(xué)反應(yīng)生成的SiO2薄膜的厚度成正比。（2）式（6）對(duì)于淺結(jié)擴(kuò)散較為準(zhǔn)確，對(duì)于深結(jié)的長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò)散，P原子不可能絕大多數(shù)擴(kuò)入硅片中，部分P原子可在SiO2-Si界面積累或擴(kuò)入SiO2中，理論上精確處理很復(fù)雜，但SiO2薄膜的厚度與擴(kuò)散進(jìn)入硅中的摻雜量仍有確定的關(guān)系，可根據(jù)具體情況對(duì)常數(shù)因子c做出實(shí)驗(yàn)修正。（3）在硅太陽(yáng)電池的液態(tài)源擴(kuò)散中，結(jié)深一般為0.3m左右，擴(kuò)散濃度為不發(fā)生簡(jiǎn)并情況的上限1019cm3，SiO2薄膜的厚度在0.3m左右，呈深藍(lán)色，將其具體應(yīng)用于理論公式，理論與實(shí)驗(yàn)相符。（4）在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以通過(guò)稱