硅多晶气氛区熔基磷检验方法

硅多晶气氛区熔基磷检验方法

国家标准 GB/T4059一2018 代替GB/T40592007 硅多晶气氛区熔基磷检验方法 Iestmethodforphosphoruscomtentinpolyerystalinesilieonhyzomc-melting methodundercontrolledatm0sphere 2018-12-28发布 2019-11-01实施 国家市场监督管理总局 发布 币国国家标准化管理委员会国家标准
GB/T4059一2018 前 言 本标准按照GB/T1.12009给出的规则起草 本标准代替GB/T4059-2007《硅多晶气氛区熔基磷检验方法》,与GB/T4059-2007相比,除编 辑性修改外,主要技术变化如下 一3 基磷含量的测定范围由“o.002×10-"~100×10-9”修改为“.01×10em了500×10cm 见第1章,2007年版的第1章); 调整了规范性引用文件,删除了GB/T1553、GB/T1554.、GB/T1555、GB/T13389,增加了 GB/T1550、GB/T4060、GB/T4842、GB/T8979、GB/T11446.1一2013、GB/T24574、 GB/T24581、GB/T25915.12010(见第2章,2007年版的第2章) 修改了样芯的定义,删除了“空心钻头”(见3.3,2007年版的3.3); 修改了方法A和方法B的方法原理表述(见4.1、4.2,2007年版的4.1、4.2); 干扰因素中酸洗和区熔操作的环境修改为“不低于GB/T25915.l一2010规定的6级洁净环 境”[见5.3,2007年版的第5章c)] 干扰因素中增加了样品处理过程、区熔速度、硅芯等3项对测试结果有影响的因素(见5.4、 5.6、5.7); 删除了干扰因素中关于区熔后硅单晶棒、测试环境的要求[见2007年版的第5章f、第5章 g; -修改了试剂和材料中去离子水、氧缸气的要求(见6.3,6.4,2007年版的6.3,6.5). -试剂和材料增加了氮气的要求(见5D 修改了试剂和材料中籽晶的要求,由"n型电阻率不低于500n'em的籽晶"修改为"籽晶应为 无位错的N型(1l1)高阻硅单晶且施主杂质含量(原子数)小于2.5×10cm-=,碳含量(原子 数)小于5×10 ,晶向偏离度小于5”见6.6,2007年版的6.1); cm -对仪器设备中的“取芯设备”增加了要求[见7.1,2007年版的第7章a)]; “真空内热式区熔炉”改为“内热式区熔炉”[见7.5,2007年版的第7章d)]; 仪器设备中增加了超声清洗设备、氮气与氧气纯化装置、导电类型测试仪、两探针电阻率测试 仪、低温红外光谱仪或光致发光光谱仪(见7.3、7.6、7.7、7.8、7.9); 删除了定性滤纸、真空吸尘器、洁净室专用的手套等实验室常用材料[见2007年版的第7章 e),第7章,第7章g)]; 修改了取样要求(见8.2,8.4,2007年版的8.28.4); 删除了“选择电阻率大于500Qcm,碳含量小于0.2×10-",无位错,晶向偏离度小于5"的 n型(111》高阻硅单晶切割制备成的籽晶”(见2007年版的10.1.1); -将“籽晶必须在干燥后36h内使用”修改为“籽晶应予以密封进行洁净保护”(见10.1,2007年 版的10.1.2); -增加了“清洗后的样芯宜用高纯氮气吹干”见10.2.2); 删除了“清洁取芯钻”“用不低于10MQcm的去离子水清洁酸洗台"(见2007年版的10.3.1、 10.3.2); -“在清洁,真空抽吸后,预热样芯”修改为“在清洁,装料、真空抽吸、充氧气后,预热样芯”(见 10.3，2007年版的10.3.3) 修改了试验步骤中的晶棒生长内容(见10.4,2007年版的10.4);
GB/T4059一2018 -增加了“导电类型的测试按GB/T1550的规定进行”[见10.5.2a]， 修改了试验步骤中的晶棒评价内容[见10.5.2b),2007年版的l0.5.2.4]; 删除了晶向、晶锭结晶完整性、少数载流子寿命的测试(见2007年版的10.5.2.1、10.5.2.2、 10.5.2.3); -删除了允许差,增加了精密度(见第12章,2007年版的第12章) 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)与全国半导体设备和材料标准 化技术委员会材料分会(SAC/TC203/SC2)共同提出并归口 本标准起草单位:江苏中能硅业科技发展有限公司、青海黄河上游水电开发有限责任公司新能源分 公司、亚洲硅业(青海)有限公司、内蒙古神舟硅业有限责任公司,新特能源股份有限公司,宜昌南玻硅材 料有限公司洛阳中硅高科技有限公司、新疆大全新能源股份有限公司、鄂尔多斯多晶硅业有限公司、内 蒙古盾安光伏科技有限公司、新疆协鑫新能源材料科技有限公司、乐山市产品质量监督检验所、山东大 海新能源发展有限公司 本标准起草人:胡伟、耿全荣、胡自强、鲁文锋、柳德发、薛心禄、蔡延国、尹东林、宗凤云、邱艳梅、 刘国霞、高明,楚东旭、刘翠,王瑞、姚利忠、梁洪、唐珊珊、王佳 本标准所代替标准的历次版本发布情况为 GB/T40591983、GB/T40592007
GB/T4059一2018 硅多晶气氛区熔基磷检验方法 范围 本标准规定了多晶硅中基磷含量的检验方法 本标准适用于在硅芯上沉积生长的多晶硅棒中基磷含量(原子数)的测定,测定范围为0.01×1ocm了 500×10l3em 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T1550非本征半导体材料导电类型测试方法 GB/T1551硅单晶电阻率测定方法 GB/T4060硅多晶真空区熔基碉检验方法 GB/T4842 叙 GB/T8979纯氮、高纯氮和超纯氮 GB/Tll446.1一2013电子级水 GB/T14264半导体材料术语 硅单品中l-V族杂质的光致发光测试方法 GB/T24574 低温傅立叶变换红外光谱法测量硅单晶中匪、V族杂质含量的测试方法 GB/T24581 GB/T25915.,1一2010洁净室及相关受控环境第1部分;空气洁净度等级 术语和定义 GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 硅芯siliconcore 小直径硅棒,用作多晶硅沉积的基体 3.2 生长层growthlayer 在硅芯上沉积生长的多晶硅层 3.3 样芯samplecore 从多晶硅棒上取得的圆柱体样品 3,4 控制棒controlrod 有均匀沉积生长层,且已知其基磷含量的多晶硅棒
GB/T4059一2018 方法原理 4.1方法A 在氯气气氛中,将从多晶硅棒上取得的样芯经一次区熔生长为硅单晶棒后,在硅单晶棒8倍熔区位 置取样后,用低温红外光谱法或光致发光法直接测得样品的基磷含量 4.2方法B 在银气气氛中,将从多晶硅棒上取得的样芯经一次区熔生长为硅单晶棒后,用两探针法测得硅单晶 棒的纵向电阻率,按磷的分凝在纵向电阻率分布曲线的8倍熔区位置读取数据,得到样品的N型电阻 率 结合GB/T4060测得的样品的P型电阻率并计算出基碉含量,或根据低温红外光谱法或光致发光 法直接测得样品的基砌含量,再根据基棚含量与N型电阻率,推算出样品的基磷含量 S 干扰因素 5.1有裂纹的,高应力的或深处有树枝状晶体生长的多晶硅棒,在取样过程中易破碎或裂开,因此不能 用于取芯制样 5.2有裂纹的样芯在清洗或腐蚀时不能将杂质完全有效地去除,且在区熔过程中易碎,因此不能用于 测试 5.3酸洗和区熔应在不低于GB/T25915.1一2010规定的6级洁净环境中进行,以减少环境带来的 杂质 5.4酸洗用的器皿、酸液和去离子水纯度、腐蚀速度、腐蚀温度、腐蚀后的干燥方式、样品暴露时间都可 能带来沾污或影响腐蚀效果,应加以控制 区熔炉壁、线圈、垫圈,夹具使用前应进行有效地清洁,避免带来沾污 5.5 5.6区熔炉内的真空度,气气纯度、区熔速度会对测试结果产生影响 5.7硅芯品质、多晶硅棒品质以及硅芯与多晶硅棒截面积比,会对多晶硅产品质量产生影响 计算多 晶硅棒基磷含量时,是否计人硅芯样芯的基磷含量,由供需双方协商确定 6 试剂和材料 6.1硝酸优级纯及以上 6.2氢氟酸;优级纯及以上 6.3去离子水;纯度等于或优于GB/T11446.1一2013中的Ew-I级 6.4氯气:符合GB/T4842中高纯氯的规定 6.5氮气:符合GB/T8979中高纯氮的规定 籽晶应为无位错的N型()高阻硅单晶,且随主杂质含量(原子数)小于2.5X1Io"emn 6.6 一,碳含量 原子数)小于5×10cem-,晶向偏离度小于5 仪器设备 7.1取芯设备;可取出直径为15mm一20mm且长度不小于100mm的多晶硅样芯 7.2酸洗台,配有排酸雾设施和盛酸、去离子水的用具 7.3超声清洗设备
GB/4059一2018 7.4干燥、包装样品的装置 7.5内热式区熔炉 7.6氮气与缸气纯化装置 7.7导电类型测试仪 7.8两探针电阻率测试仪 7.9低温红外光谐仪或光致发光光谱仪 8 取样 8.1样品包含的基磷含量应能代表多晶硅棒总的基磷含量 8.2平行于硅芯取出长度不小于100mm,直径为15mm~20mn 的样芯作样品,如图1所示 计算 多晶硅棒总基磷含量需硅芯样芯和生长层样芯两种不同的样芯,具体如下 硅芯样芯,代表硅芯和硅芯上最初的生长层 b)生长层样芯,在生长层上取样,代表硅芯上沉积的多晶硅 硅芯 15mm~20mm 15mm一20mm 生长层 硅芯样芯 截面图 生长层样芯 图1取芯位置示意图 8.3样芯距多晶硅棒表面的距离应不小于5mm 8.4样芯距多晶硅棒底部的距离应不小于250mm 控制棒 从有均匀沉积生长层的,已知其基磷含量范围的多晶硅棒上取得多个圆柱体作为多晶硅控制棒,定 期酸洗、区熔和分析控制棒,验证基磷含量误差控制在15%范围内,以监测样芯制备、酸洗和区熔过程 10试验步骤 10.1准备籽晶 将籽品去污、酸洗、清洁、干燥 为避免表面污染,籽晶应予以密封进行洁净保护 10.2制备样芯 0.2.1样芯制备过程应在洁净室内进行,操作人员应穿戴专用的洁净防护工作服 10.2.2制备氢氟酸,硝酸的体积比为1;41l;8的腐蚀液 将样芯在腐蚀槽内抛光,除去取芯过程 在样芯表面产生的约100Mm厚的损伤层,直至样芯表面目视光亮,并将酸洗后的样芯用去离子水清
GB/T4059一2018 洗 清洗后的样芯宜用高纯氮气吹干,之后应尽快进行区熔拉晶,否则应将样芯密封进行洁净保护 0.3准备区熔炉 清洁区熔炉的内室,在清洁,装料、真空抽吸、充氧气后,预热样芯 10.4晶棒生长 在氧气气氛下,以3mm/min5mm/min 的区熔速度，一次成晶,区域熔炼拉制出长度不小于 mml5mn 12个熔区,直径为101 的硅单晶棒 10.5晶棒评价 10.5.1目测检查硅单晶棒颜色、直径的均匀性、相同生长面棱线的连续性以确定该硅单晶棒是否为 无位错单晶以及是否由于空气渗漏或其他原因生成氧化物沉积 0.5.2硅单晶棒导电类型、电阻率和基磷含量的检测按下列步骤进行 导电类型的测试按GB/T1550的规定进行 a 采用方法A.在硅单品棒的恳船熔区位置切取样片,按照GB/T2581或GB/T31574规定的 b 方法直接测得样品的基磷含量 或采用方法B,按照GB/T1551中的两探针法测试硅单晶棒 的纵向电阻率,按磷的分凝在纵向电阻率分布曲线的8倍熔区位置读取数据,得到样品的N 型电阻率 硅单晶品棒纵向电阻率曲线分布应接近于理论电阻率特性曲线,如图2所示,否则应 重新取样检测 按照GB/T4060规定的方法得到样品的基碉含量,或按照GB/T24581或 GB/T24574规定的方法测得样品的基砌含量,再根据基砌含量与N型电阻率,推算出样品的 基磷含量 pQcm) /cm 说明 电阻率,单位为欧厘米(ncm) 硅单晶棒头部至尾部连续熔区的长度,单位为厘米(em 图2理论电阻率特性曲线 试验数据处理 1 多晶硅棒的总基磷含量C,按式(1)计算 A×C十(A1一A×C 式中 C -多晶硅棒总基磷含量(原子数),单位为每立方厘米(cm-3);
GB/T4059一2018 -硅芯样芯横截面积,单位为平方厘米(cm') A -硅芯样芯中的基磷含量(原子数),单位为每立方厘米(em-). 多晶硅棒横截面积,单位为平方厘米(cm'); A1 生长层样芯的基磷含量原子数),单位为每立方厘米(emm-3). 12 精密度 12.1重复性 从同一炉次多晶硅中制取7个样品,单个实验室进行清洗、区熔、检测 用方法A测得试样的基磷 含量(原子数)平均值为1.32×1o'em-,标准偏差为0.14×10”cem-,相对标准偏差为10.73%;用方 法B测得试样N型电阻率平均值为343.45Qcm,标准偏差为44.10Q cm,相对标准偏差为 12.84% 12.2再现性 从同一炉次多晶硅中制取10个样品,多个实验室进行清洗、区熔,同一实验室进行检测 用方法A 测得试样基磷含量原子数)平均值为1.97×10cm-了,标准偏差为0.36×10cm-,相对标准偏差为 18.30%;用方法B测得试样N型电阻率平均值为248.65Qcm,标准偏差为56.61Qcm,相对标准 偏差为22.77% 试验报告 试验报告应包括以下内容: 多晶硅棒批号、编号; a b 样品编号; 样品长度; c d 样品导电类型; 测试结果(电阻率,基磷含量等); e 本标准编号; 测试人员和测试日期 g h)其他与本标准不一致的内容