1、毒国ICS 29.045 H 80 和国国家标准11: -、中华人民GB/T 29057-2012 用区熔拉晶法和光谱分析法评价多晶硅棒的规程Practice for evaluation of polocrystalline silicon rods by float-zone crystal growtb and spectroscopy (SEMI MF1723-1104 ,MOD) 2013皿10-01实施2012-12-31发布发布中华人民共和国国家质量监督检验检夜总局中国国家标准化管理委员会俨沪的画町毗崎黯fu川平问GB/T 29057-2012 前本标准按照GB/T1. 1-20
2、09给出的规则起草。本标准修改采用国际标准SEMIMF1723-1l04(用区熔拉晶法和光谱分析法评价多晶硅棒的规程。为方便比较，资料性附录A中列出了本标准章条和对应的国际标准章条的对照一览表。本标准在采用SEMIMF1723-1104时进行了修改。这些技术差异用垂直单线标识在它们所涉及的条款的页边空白处。主要技术差异如下z一一在规范性引用文件中，凡我国已有国家标准的，均用相应的国家标准代替SEMIMF1723-1104中的引用文件。一一增加规范性引用文件GB/T1553(硅和错体内少数载流子寿命测定光电导衰减法。一将6.2中ISO14644-1中规定的ISO5级改为GB50073中规定的5级
3、。一一将7.2.1中ISO14644-1中规定的ISO6级改为GB50073中规定的6级。一一一将7.3.1中ISO14644-1中规定的ISO6级改为GB50073中规定的6级。一-将7.3.1中1X 10-6torr-.改为1.3X10-4Pa.。一一将8.1中硝酸CHN03)-符合SEMIC35 2级改为硝酸CHN03)符合GB/T626优级纯。一二将8.2中氢氟酸CHF)一符合SEMIC28 2级改为氢氟酸CHF)符合GB/T620优级纯。一一-将8.4中去离子水一纯度等于或优于ASTMD5127中的E-2级改为去离子水纯度等于或优于GB/T11446. 1中的EW-2级。一将8.5中
4、高纯氧气符合SEMIC3. 42改为高纯氢气符合GB/T4842优等品。一增加12.5.2.4按照GB/T1553检测晶棒体内少数载流子寿命。一将12.6.1中根据SEMIMF1391分析碳含量改为根据GB/T1558分析碳含量。一将12.6.3.3中按测试方法SEMIMF1391改为按测试方法GB/T1558。将13.3.5.1中见SEMIMF723改为见GB/T13389. 将14.1中在SEMIMF1391中改为在GB/T1558中。本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会CSAC/TC203)提出并归口。本标准起草单位z四川新光硅业科技有限责任公司、乐山乐电天威硅业科技有限责任公司
5、、天威四川硅业有限责任公司。本标准主要起草人z梁洪、刘畅、陈自强、张新、蓝志、张华端、瞿芬芬。I G/T 29057-2012 1 目的用区熔拉晶法和光谱分析法评价多晶硅棒的规程1. 1 本标准采用区熔拉晶法和光谱分析法来测量多晶硅棒中的施主、受主杂质浓度。测得的施主、受主杂质浓度可以用来计算按一定的目标电阻率生长单晶硅棒所需要的掺杂量，也可以用来推算非掺杂硅棒的电阻率。1. 2 多晶硅中施主、受主杂质的浓度及碳浓度可以用来判定多晶硅材料是否满足要求。1.3 多晶硅中的杂质浓度可以用来监测多晶硅生产原料的纯度、生产工艺以及产品的合格性。1. 4 本标准描述了分析多晶硅中施主、受主及碳元素所采用
6、的取样和区熔拉晶制样工艺。2 范围2. 1 本标准包括多晶硅棒取样、将样品区熔拉制成单品以及通过光谱分析法对拉制好的单晶硅棒进行分析以确定多晶硅中痕量杂质的程序。这些痕量杂质包括施主杂质(通常是磷或呻，或二者兼有、受主杂质(通常是棚或铝，或二者兼有)及碳杂质。2.2 本标准中适用的杂质浓度测定范围z施主和受主杂质为(0.002100)ppba(十亿分之一原子比), 碳杂质为(0.021日pprna(百万分之一原子比。样品中的这些杂质是通过低温红外光谱法或光致发光光谱法分析的。2.3 本标准仅适用于评价在硅芯上沉积生长的多晶硅棒。3 局限性3. 1 有裂缝、高应力或深度枝状生长的多晶硅棒在取样过
7、程中容易碎裂，不宜用来制备样芯。3.2 钻取的样芯应通过清洗去除油脂或加工带来的沾污。表面有裂缝或空隙的多晶硅样芯不易清洗，其裂缝或空隙中的杂质很难被完全腐蚀清除z同时，腐蚀残渣也可能留在样芯裂缝中造成污染。3.3 腐蚀用的器皿、酸及去离子水中的杂质都会对分析的准确性、重复性产生影响，因此应严格控制酸和去离子水的纯度。空气、墙壁、地板和家具也可能造成污染，因此应在洁净室中进行腐蚀和区熔。其他如酸的混合比例、酸腐蚀温度、酸腐蚀剥离的速率、腐蚀冲洗次数以及暴露时间等都可能产生杂质干扰，应加以控制E所有与腐蚀后的样芯接触的材料和容器都可能沽污，应在使用前清洗z手套和其他用来包裹腐蚀后样芯的材料应检测
8、和监控。3.4 区熔炉的炉壁、预热器、线圈和密封圈等都是常见的污染源，应保持洁净。3.5 区熔过程的任何波动都会影响易挥发杂质在气相、液相和固相中的分布，从而改变测试结果。样芯直径、熔区尺寸、拉速、密封圈纯度与炉膛条件的变化都可能改变有效分凝系数或蒸发速率，使晶体中的杂质含量发生变化。3.6 每种施主或受主元素以及碳元素都有其特定的分凝系数，拉制几支30倍熔区长度的晶体，可以测出和公开发表的数值一致的有效分凝系数。只能从晶棒上与分凝系数对应的平衡位置处切取硅片，从其他部分切取的硅片不能准确代表多晶硅中的杂质含量。如果单晶不能拉制到足够长度，就不能获得轴向浓度分布曲线的平坦区;在此情况下，可从晶
9、棒上切取硅样片，并根据重复测量监控棒得到的有效分凝系数来修正测量结果。1 GB/T 29057-2012 3. 7 样芯区熔后可能不是单晶，晶棒中过多的晶体缺陷会对光致发光或红外光谱造成较大的干扰，而难以准确分析，极端情况，甚至不能得到可接受的光谱。4 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/T 620化学试剂氢氟酸(GB/T620-2011 ,ISO 6353-3:1987 , NEQ) GB/T 626化学试剂硝酸(GB/T626. -2006 , ISO
10、 6353-2:1983 , NEQ) GB/T 1550 非本征半导体材料导电类型测试方法GB/T 1551 硅单晶电阻率测定方法(GB/T1551一-2009，SEMI MP4-1105、SEMIMF397-1106 , MOD) GB/T 1553硅和错体内少数载流子寿命测定光电导衰减法GB/T 1554 硅晶体完整性化学择优腐蚀检验方法GB/T 1555 半导体单晶晶向测定方法GB/T 1558 耻中代位碳原子含量红外破收割量方法(GB/T1558 2009 , SEMI MF1391-0704 , MOD) GB/T 4842氢GB/T 11446.1 电子级水GB/T 13389
11、捞删掺磷硅单品电阻率与掺杂剂浓度换算规程GB/T 14264 半导体材料术语GB/T 24571 础单晶中的Ill-V族杂质光致发光测试方法(GB/T24571- 2009 , SEMI MF1389-0704 ,MOD) GB/T 24581 低温傅立叶变换红外光谱法测量昨单品中lU、V族杂质含量的侧试方法(GB/T 24581-2009, SEMI MF1630一0701，MOD)GB 50073 沽市厂房设计规范5 术语和定义GB/T 14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件。5. 1 监控棒control rod 从多晶硅棒均匀沉积层上取得的用以监测样芯制备、酸腐蚀槽和区熔工艺洁
12、净度的多晶硅圆柱体。经重复测试确定其棚、磷和碳的含量值。5.2 5.3 5.4 2 样芯core 使用空心金刚石钻头从多晶硅棒上钻取的用于制样分析的多品硅圆柱体。沉积层生长层)deposition layer(growtb layer) 环绕硅芯并延伸到多晶硅棒外表层的多晶硅层。硅芯filament , slim rod 装配成U形，作为供多晶硅沉积的基体或籽晶的小直径硅棒。GB/T 29057-2012 6 方法概述6. 1 按照规定的方案从多晶硅棒上选取一个或多个样芯用于多晶硅的分析检测。在多晶硅棒两端平行或垂直于硅芯钻取样芯。两种取样方式的制样过程和区熔工艺相同，但其数据计算和碳含量的分
13、析不同。6.2 检查样芯是否损伤，给样芯编号以便腐蚀和区熔。样芯用酸液腐蚀，冲洗干净后装人区熔炉准备拉制单晶。(为了避免表面沽污，样芯腐蚀后，要尽快进行区熔。研究表明，在GB50073中规定的5级|洁净室里，样芯在36h后会出现表面沽污。因此，任何一个实验室都应确定最长的保存时间及有关处|理包装程序z如果超过最长的保存时间，样芯应重新腐蚀。为延长保存周期，样芯可以用适当的清洁材料包裹并密封，并在使用前一直贮存在洁净的环境中。6.3 把监控棒和样芯一起腐蚀和区熔，以监测制样和悬浮区熔过程造成的污染干扰。6.4 在氧气氛下，采用一次区熔将样芯拉制成单晶。检查拉制单晶棒的晶体完整性、直径和长度。6.
14、5 根据施主、受主和碳杂质元素各自不同的分凝系数，确定其在单晶棒上的取样位置。6.6 在单晶棒上的取样位置处切取样片，并按照GB/T1558、GB/T24574或GB/T24581所述的光谱技术进行制样和分析。7 设备7. 1 制备样芯的设备7. 1. 1 钻床二具备水冷功能。7.1.2金刚石样芯钻取平行样芯的钻头尺寸应能钻出直径约为20mm且长度不小于100mm的多晶硅平行样芯z取垂直样芯的钻头长度应能完全钻穿晶棒直径;制备籽晶可用直径为3mm或5mm 的钻头。7.2 腐蚀设备7.2. 1 腐蚀柜-一一具备酸雾排放功能，包括酸腐蚀槽、去离子水漂洗装置和样芯烘干装置。腐蚀柜应|放在GB5007
15、3中规定的6级洁净室中以避免外界污染。I7.2.2 石英舟或其他耐酸材料(如聚四氟乙烯一一用于在腐蚀、冲洗和干燥过程中容纳一定直径和长度的多晶硅棒。7.3 悬浮区熔晶体生长设备7.3. 1 区熔炉二具备惰性气体氛围，具有保证规定直径和长度的晶体生长的水冷炉膛。安放在|GB 50073中规定的6级或更好的洁净室内。装置可以有相对于线圈的垂直运动，但不能有明显的水平运动。垂直运动可由螺杆、缆索或液压装置来完成。此外，有一根支持样芯的轴和一根支持籽晶的轴，至少有一根轴能相对于另一根轴作垂直位移，籽晶轴应能绕其轴旋转以避免熔区中热量和溶质的不平衡。在熔区冷凝时，样品卡头和籽晶卡头应能相对于转轴自由转动
16、，卡头由能减少对硅沽污的铝、钮、鸽或石英制成。线圈设计和电源控制应能在晶体生长的整个过程中保持熔区的稳定且完全融透。设备中所用的材料应能在工作条件下承受不超过1.3 X 10Pa的气压。预热器直径应与样芯直径相当，由钮|或其他能减少对硅污染的材料制成。7.3.2 刻度尺一一用于准确测量晶棒长度和标记晶棒切割的位置，精确到毫米。7.3.3 钢丝刷一一用于清洁区熔炉内室，用不锈钢制成，其手柄长度应能达到整个炉膛。7.3.4 真空吸尘器一一适合洁净室使用，带有灵活的软管和窄吸嘴。3 GB/T 29057-2012 7.3.5 洁净室用品一一手套、衣服、口罩、头罩、抹布和其他洁净室用品。7.3.6 圆
17、片锯一一用于从晶棒上切取大约2mm厚的样片。8 试剂8. 1 硝酸(HN03)一一-符合GB/T626优级纯。8.2 氢氟酸(HF)符合GB/T620优级纯。8.3 混合酸腐蚀剂HN03:HF通常在4: 1到8:1之间。|84去离子水-纯度等于或优于GB/T111中的阳级。8.5 高纯氧气一一符合GB/T4842优等品.9 危喜9. 1 操作人员应具有制造技术、酸处理操作和单晶炉操作的相关知识，熟悉实验室操作规程。9.2 本标准使用混合酸腐蚀剂腐蚀多晶硅表面，具有较大的危险性，氢氟酸溶液尤其危险。应在腐蚀柜里进行腐蚀。操作人员任何时候都要极其小心，应严格理守使用这些酸的有关规定，采取特殊预防措
18、施，熟练掌握急救方法。任何不熟悉特殊预防措施和急救方法的人不得使用这些酸。9.3 单晶炉使用射频(RF)功率器(发生器和线国为熔硅提供能量，温度约为1400 .C，操作人员应经过电气、压力容器、RF电场和热部件的操作培训11。9.4 熔区中的熔融硅发出强光，操作人员可能在强光下操作数小时，所以应使用眼睛防护装置。10 取样、制样10. 1 样芯应能反映多晶硅棒生长过程的特征，并能代表被取样的多品硅棒。10.2 为满足不同的取样方案，可在多晶硅棒的不同位置取J系列样芯，取样位置涵盖佳棒的两端。有两种典型的取样方法，平行于硅芯取样和垂直于硅芯取样，如l图1、图2所示。平行取样详见10.2.1，垂直
19、取样详见10.2.2。硅芯样芯顶视图生长层样芯圄1平行样芯的取样位置4 。可取制位置静不可取样芯位置图2垂直样芯的取样位置GB/T 29057-2012 10.2. 1 平行样芯一一一如图1所示，平行于硅芯方向钻取的长度不小于100mm、直径为20mm的样芯。计算多晶硅棒杂质总含量需要钻取两种不同的样芯，即硅芯样芯和生长层样芯。10.2. 1. 1 平行硅芯样芯一一包括硅芯的样芯。代表硅芯和硅芯上的初始沉积层，对样芯进行区熔、分析，并结合生长层样芯的数据计算多晶硅棒中的总体杂质含量。10.2.1.2 平行生长层样芯一一不包括硅芯，只包括生长层的样芯。代表沉积在硅芯上的多晶硅质量。对这些样芯进行
20、区熔、分析，结合硅芯样芯数据计算多晶硅棒中的总体杂质含量。10.2. 1. 3 平行样芯取样位置10.2.1.3.1 径向位置一一沿多晶硅棒直径方向取样，用以检测沉积层的径向均匀性。由于多晶硅棒外表面可能不平或有裂缝，不能在距硅棒表面5mm范围内取样。10.2. 1. 3. 2 轴向位置一一对于U型多晶硅棒，通常在横梁部分或在长棒上距任一端50mm范围内取样。也可以在任意位置取样，以检查沉积层的轴向均匀性。10.2.2 垂直样芯一一如图2所示，沿着多晶硅棒直径方向钻取的20mm直径的样芯。其长度和多晶硅棒直径相同，所取的样芯要包括硅芯和沉飘层的所有部分。为了准确计算各个生长层中的杂质，垂直样芯
21、至少有一端包括表层。如果硅棒直径小于60mm，将不能拉制出准确分析所需要的足够熔区长度的单晶棒F在这种情况下，应取平行硅芯样芯来分析。10.2.2. 1 垂直于生长层的样芯一一如图2所示，没有与硅芯相交的样芯。可以进行区熔和分析，以确定沉积层中的杂质含量。为了确定整个多晶硅棒中的总体杂质含量，应单独分析硅芯，然后结合生长层的结果进行分析。用平行样芯的公式来计算(见13.2)。10.2.2.2 垂直取样位置-一对于整个U型多晶硅，一般在横梁部位取样或在长棒两端50mm内取样。除了因为应力不能在U型硅棒的弯曲部分取样外，可以在任意位置取样以检测轴向沉寂的均匀性。10.3 硅芯分析一一如果不能制取平
22、行或垂直的硅芯样芯，可单独分析硅芯，然后与生长层的分析结果相结合评价。如果硅芯是单晶或接近单晶，可以使用GB/T1558、GB/T24574或GB/T24581所述的光谱技术进行切片、制样和分析。5 GB/T 29057-2012 11 参照样11. 1 使用多晶硅监控棒监测样芯制备、酸腐蚀槽和区熔工艺的洁净度。从具有均匀沉积层的多晶硅棒上钻取多个直径为20mm、长度为100mm的沉积层样芯。选用杂质含量较低的监控棒(如施主/受主含量约0.01ppba(十亿分之一原子比).碳含量约0.05ppma(百万分之一原子比).预先测量来自干扰源的痕量杂质。反复测试，分别得出施主、受主杂质及碳杂质的浓度
23、值。定期对监控棒加以腐蚀、区熔和分析，以监测样品制备、腐蚀和区熔工艺的洁净度。11.2 把监控棒的施主、受主和碳含量值绘制成控制图表。建立统计规律以确定当前的测定值是否在控制范围内。如果这些值超过统计范围，则应校正并重新分析。12 步骤12. 1 籽晶制备12. 1. 1 采用钻芯或切割工艺制备圆形或矩形籽晶。制备籽晶的材料为无位错、施主和受主含量小于0.05 ppba(十亿分之一原子比、碳含量小于0.1ppma(百万分之一原子比的高纯度区熔单晶。12. 1. 2 选用直径3mm到5mm的高纯度单晶籽晶作为区熔晶体生长的晶源。籽晶晶向为.晶偏小于0.50。12. 1. 3 采用与制备样芯相同的
24、设备和步骤来清洗、酸腐蚀、漂洗和干燥籽晶。为避免污染，籽晶腐蚀后应在36h以内使用，或以能避免沽污的方式贮存。12.2 样芯腐蚀12.2. 1 所有操作均应在腐蚀洁净室或区熔拮净室中进行。操作人员应穿戴洁净室专用洁净服，包括手套、帽子和面罩。12.2.2 配制新的混合酸腐蚀剂并充满酸腐蚀槽。在适当的温度和水流条件下，把样芯放入清洁的腐蚀槽内进行腐蚀、漂洗、干燥。用HN03/HF混合酸腐蚀剂，至少腐蚀两次，使样芯表面除去不少于100m的厚度，以消除取芯引起的污染。也可使用其他混合酸腐蚀剂，但应进行评价和控制，以确保其有效并避免杂质沽污。12.2.3 腐蚀清洗后，样芯应尽快区熔，以减少被沾污的可能
25、。如果样芯超过了保存期，应重新腐蚀。为了延长保存期，样芯应用适当的干净材料密封，并贮存在洁净室。12.3 设备准备12.3. 1 清洁取样钻，避免样芯沽污。12.3.2 清洗腐蚀柜，检查冲洗用的去离子水的纯度、温度、有机碳总量和电阻率。12.3.3 清洁区熔炉炉膛，用不锈钢丝刷子刷炉壁使硅沉积物变松，并用真空吸尘器除去松弛的颗粒，用浸泡过高纯溶剂的专用抹布擦抹炉壁、预热器和线圈。检查冷却水水流、水温，检查线圈和预热器连接，检查轴、线圈引线、炉门密封等。12.3.4 定期清洗线圈及连接部件，定期更换密封圈。清洗后，应用氧气吹洗干燥和抽真空，并将炉膛和预热器烘干处理至少15min. 12.4 晶棒
26、生长12.4. 1 把样芯和籽晶装入区熔炉炉膛，悬挂于炉膛中心位置，并对准垂直旋转轴。12.4.2 通过一系列抽真空和氧气吹洗循环处理除去炉膛内的空气。在炉膛中充满氧气并在整个晶体 , GB/T 29057-2012 生长过程中继续通氧气，保持炉室内氧气为正压。12.4.3 把样芯朝向籽晶的一端放人线圈，将预热器靠近该端，调节预热器功率，使样芯和预热器产生初始藕合E同时加热至样芯开始发光，约为600c 700 c。移开预热器，使样芯靠近线圈开口处，通过控制线圈的功率，建立熔区。12.4.4 在籽晶端建立小熔区后，垂直移动籽晶直到与熔区接触为止。回退籽晶形成一个圆锥形熔融区，确认籽晶已经熔人，然
27、后开始缩颈形成元位错的晶体。12.4.5 调整熔区顶部和底部的移动和旋转速率来完成缩颈，检查三条棱线以确保晶体是单晶。调节移动速度和功率以形成晶棒的最终直径。调节移动速度和旋转速度，生长无位错单晶。12.4.6 当获得所需长度的单晶时，从熔体内拉出晶棒，要确保晶棒和熔体是在未凝固时分离。分离后，停止轴的移动和旋转，关掉电源，冷却。12.5 晶棒评价12.5. 1 目测检查z目测检查晶棒的直径均匀性、生长面线和颜色的连续一致性，以确定晶棒是否为元位错单晶棒、是否存在因漏气而产生的氧化物沉积。12.5.2 结构和电学检查12.5.2. 1 按照GB/T1555抽样检查晶向，以验证目测检查的结果。1
28、2.5.2.2 按照GB/T1554抽样检查晶体的完整性，以验证目测检查的结果。12.5.2.3 按照GB/T1551测出沿晶棒长度方向的电阻率分布曲线，并用来分析施主和受主杂质的分布均匀性。电阻率沿品棒长度方向的变化应与在各个点测得的净施主/受主含量相一致。分布曲线上的突然变化表明在该点存在沽污或样品沉积层不均匀。12.5.2.4 按照GB/T1553检测晶棒体内少数载流子寿命。12.6 晶棒取样分斩12.6. 1 单晶棒经晶体完整性、外观、均匀性检查并判定为合格后，选择施主、受主样片和碳样片的取样l点。在选定的位置切取硅片，然后依据GB/T24574或GB/T24581分析施主和受主浓度，
29、依据|GB/T 1558分析联含量。从单晶棒上切取大约2mm厚的样片并按照所采用的分析方法制备样片。根据样芯类型，按照12.6.2和12.6.3中的步骤来确定品棒的取样方案。12.6.2 平行样芯(见10.2.1)-单晶棒直径约10mm，长度约200mm。根据各杂质的特定分凝系数选择取样点，这些点应可以代表90.%以上的杂质浓度。12.6.2. 1 分凝效应一一在晶体生长过程中，晶体从熔体中结晶，由于分凝，固相中的杂质浓度和液相中的杂质浓度不同。不同杂质具有不同的分凝系数凡，定义见式(1): Kn =C. 一-o -C1 式中zKo 平衡分凝系数zC.一一固相中的杂质浓度，单位为原子每立方厘米
30、(atoms/cm3) ; C1二一液相中的杂质浓度，单位为原子每立方厘米(atoms/cm3)。. ( 1 ) 12.6.2.2 对较高的凝固速度，杂质原子受到前进熔体的排斥，其速度超过杂质原子扩散进入熔体的速度，杂质原子聚集在靠近界面的熔体层，形成杂质浓度梯度。不能用平衡分凝系数来进行计算，因为它只适用于以很低的生长速度进行凝固的情况。该浓度梯度取决于生长速度、熔体流和掺杂剂的扩散行为。有效分凝系数Kelf定义见式(2): K.u=_ _ _o 11 Ko十(1-Ko)exp(- WJ/D) .( 2 ) 7 GB/T 29057-2012 式中zK.ff一一有效分凝系数zk。一一平衡分凝
31、系数zV一一生长速度，单位为厘米每秒(cm/s); S 一一扩散层厚度，单位为厘米(cm); D一一熔体中杂质扩散系数，单位为平方厘米每秒(cm2/吵。12.6.2.3 通过测量掺杂曲线来确定杂质沿晶棒长度方向的浓度分布。如图3所示，熔区长度取决于样品直径、线圈设计和拉晶速度。熔区长度确定后，只有在方法或装置发生变化时才需重测。测量每一种杂质的掺杂曲线，从而确定在晶棒上的切割位置，以便提供准确的杂质含量。选择的取样点应能够代表90%以上的杂质浓度。在图3中，测得的熔区长度为15mm。对于一种杂质，如果掺杂曲线表明曲线的平坦部分位于12倍熔区长度处(12X15mm=180mm)，则从距晶棒最初凝
32、固端12倍熔区长度处取样。/一熔区长度倍数籽晶12倍熔区长度时(l2X15mm=180 mm)，在180mm处切节目晶绽圄3熔区长度测量和晶棒取样位置12.6.2.4 晶棒掺杂分布曲线一一杂质的有效分凝系数会因区熔炉类型、线圈设计、拉晶速度、晶棒与样芯直径不同而变化。可通过测量实际的分凝曲线来确定各区熔炉的参数和工艺。例如，为了确定碳的分布曲线，可沿长度方向将晶棒切成硅片，测量每个硅片的碳含量，然后绘制浓度与熔区长度的分布曲线。为准确得到碳含量，所生长的晶棒长度要达到轴向浓度分布曲线出现平坦部分所需的熔区倍数的长度。图4是碳的轴向掺杂分布曲线，从图中可以看出，以熔区长度为15mm的区熔方式把直
33、径为20 mm的样芯拉制成10mm直径的晶棒，有效分凝系数为0.1750在此例中，生长的晶棒达到12倍熔区长度，这就确保了最大量的碳熔人晶体。在12倍熔区长度处切片分析测试碳含量，可得到具有重复性的碳含量值，能准确反映多晶硅中的碳含量。8 . 1. 4 1.2 11. 0 马0.8 诲。.60.4 0.2 0.0 G/T 29057-2012 -1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 n 12 熔区长度倍数图4碳的轴向掺杂分布曲线12.6.2.5 切片位置一在定的区熔条件F，一旦建立了每个元素的浓度梯度，其取样规则就建立了。棚具有较高的分凝系数，其曲线相对平坦q在6倍j悔区长度处切片，所测得
34、数值与12倍熔区长度处切片的值几乎相同。如果一个值明显高于另一个位，则说明可能发生了沾污，应重新取样分析。磷的分凝系数较小，6倍熔区长度处写12倍熔区长度赴测得的值不同。中点的值应比端点约低10%15%;否则，表明有沾污，由重新取样分析。碳具有非常低的分凝系数，在6倍熔区长度和12倍熔区长度处数值变化很大s否则，表明有沽污，应重新取样分析。碳含量值在品棒最长处切片测报。12.6.3垂直取样一对垂直样芯(见10.Z. Z)而言，单晶直径约为14mm，其长度视多晶硅棒直径而定，约为100mm。对这类品棒，山于碳的分赞系数小，测定施主/受主浓度的取样和测定碳的取样不同，取样选点方法如下t12.6.3
35、. 1 I.阻率分布曲线-按照GB(T1551的测试方法以10mm的问隔绘制晶棒电阻率分布曲|线来确定施主/受主杂质沿晶棒长度的分布。同时按照GB(T1550的测试方法以10mm间隔绘制晶|棒导电类型分布曲线。受12.6.2.1中所讨论的分凝效应、硅芯本身的纬度以及第3章中所讨论的干扰因素的影响，在不同的实验室中绘制的电阻率曲线不尽相同。在反复测试监控棒和样芯后建立典型的电阻率/导电类型曲线。电阻率曲线上突变点表明该处有污染或沉积层不均匀。12.6.3.2 切片位置一一根据电阻率/导电类型分布曲线建立每种元素的取样规则。单晶棒的长度与多晶硅棒的直径有关，在硅芯和多晶硅棒外层之间中点的对应处切取
36、样片。按照GB(T24574或|GB(T 24581来测试施主/受主浓度。对多晶硅棒的横截面，这些浓度代表R(2处的值。如果电阻率(导电类型曲线和标准曲线明显不同，可在其他位置切片，以确定每种杂质的分布情况。浓度明显变化表明该处有污染，应重新分析。12.6.3.3碳分析由于不能在长度较短的单晶棒得到准确的碳浓度值，因此应在经过退火的多晶硅片上进行分析。取第二个垂直样芯，在约1360 c退火处理2h，按GB(T1558的测试方法切两块|2 mm厚的硅片作碳分析。在代表生长层中点的位置取一个样，在代表硅芯位置的点取另一个样。如E果需要也可在其他位置取样用于测量径向分布。13 计算13. 1 通过测
37、量取得样品的施主、受主杂质和碳杂质浓度，再按式。)计算多晶硅棒中这些杂质的总体GB/T 29057-2012 浓度。13.2 平行样芯(见10.2.1)二一在采用硅芯掺杂或硅芯与沉积层成分不同的情况下，用式(3)计算多晶硅棒中各种杂质的总体浓度zC一AjX Ct)十(At-Aj)Co.L. T即-At . ( 3 ) 式中zCTRP一一多晶硅棒中杂质的总体浓度，施主和受主单位为十亿分之一原子比(ppba)，碳元素的单位为百万分之一原子比(ppma); Aj 硅芯面积，单位为平方厘米(cm2);Cj一硅芯的杂质浓度，施主和受主单位为十亿分之一原子比(ppba)，碳元素的单位为百万分之一原子比(p
38、pma); At一硅棒面积，单位为平方厘米(cm2); CO.L一一沉积层的杂质浓度，施主和受主单位为十亿分之一原子比(ppba)，碳元素的单位为百万分之一原子比(ppma)0 上述计算假定沉积层沿多晶硅棒径向均匀分布。可以通过在整个沉积层钻取足够多样品来验证该假设。13.3 垂直样芯(见10.2.2)-当生长的单晶棒如12.6.3的描述时，按式(3)计算来确定多晶硅棒中杂质的总体旅度。13.3. 1 如图5所示，单晶棒长度与多晶硅棒横截面大小有关，熔区长度与截面积有关。棚分凝系数较大，可以假设棚在整个横截面上均匀分布。磷的分凝系数较小，沿横截面各熔区磷的浓度值应根据分凝系数来进行修正。可以通
39、过对特定样品直径、线圈设计和拉速下的监控棒的重复测量来确定磷元素的有效分凝系数。外层单晶健m m n罗丁lhu-l-固5多晶棒横截面|1332用跚的光谱测量值(见GB川4阳或GB/T川叫不考虑分凝系数修正的情况下可以通过式(4)计算多晶硅棒中棚杂质的总体含量zr AC +AC2 + +AjCj VVAC-十A2十+Aj.( 4 ) 10 GB/T 29057-2012 式中zCVAC 一一平均体积浓度，施主和受主单位为十亿分之一原子比(ppba)，碳元素的单位为百万分之一原子比(ppma); Aj、A2、Af一一多晶硅棒横截面的相应面积(见图5)，单位为平方厘米(cm2);Cj、C2、Cf一一
40、对应面积处的杂质浓度，施主和受主单位为十亿分之一原子比(ppba)，碳元素的单位为百万分之一原子比(ppma);如有必要，根据分凝系数进行修正。13.3.3 用光致发光(GB/T24574)或低温红外(GB/T24581)的方法测量碑和铝的含量，如果超出检|测范围，应根据实际的分凝系数进行修正。然后，根据多晶硅棒各个位置修正后的浓度值，通过式(4)来|计算多品硅棒中杂质的总体浓度。13.3.4 使用光谱方法对硅芯与最外层之间的中点位置进行测量，可以得到总体的磷含量。13.3.5 用式(5)计算12.6. 3. 1中测得的电阻率曲线图上中各个点的磷浓度zK AL M C + B C 十剖-p一一
41、F C .( 5 ) 式中zCp一一测量点的磷浓度计算值，单位为十亿分之一原子比(ppba);p 一一测量点的电阻率测量值，单位为欧姆厘米(0cm); CB -一测量点的跚放度测量值，单位为亿分之一原子比(ppba)jCA1 十-一测量点的铝摊度测量值，单位为+亿分之一原子比(ppba)jCAs一-测量点的呻栋度测量值，单位为十亿分之一原子比(ppba)。上式中假定磷在(1005000)0 cm电阻率范围内的转换因子近似于85，且GB/T13389。用光|致发光或低温红外获得蹦、砰、铝的浓度值(见13.3.2和13.3.3)。用这些数值和电阻率来计算磷含量|值，并通过式(4)计算得出磷元素的体
42、平均值。13.3.6 碳的计算一一按12.6.3.3中描述的方法以及13.2中描述的步骤计算碳含量。14 精度和偏差14. 1 在第11章中，讨论了使用监控棒监测样品制备、腐蚀过程及区熔过佳的杂质干扰。表1中的数据是用从同一炉多晶植棒中钻取的15支样芯、经过近一年的重复性测试实验得出的。所有样品都是使用新配制的混合酸腐蚀剂，按相同的步骤腐蚀。跚和磷含量用低温红外光谱法测量，碳含量用常温红外光谱法测量。在GB/T24581中确、磷的测试误差为士10%(RlS);在GB/T1558中碳的测试误差为士12.5%(R1S)。表1重复性测试实验结果测量元素碳/ppma磷/ppba删/ppba平均值0.1
43、1 1. 70 0.11 标准偏差(S)0.01 0.16 0.01 相对误差(R1S)/%9.97 9.34 9.60 14.2 为了比较不同实验室的样品制备、腐蚀工艺和区熔工艺，将一支多晶硅棒切成三段，分别送三个不同的实验室，按照本标准规定的步骤，在各自的实验室进行样品制备、腐蚀、区熔，然后用低温红外光谱法测量。测试数据见表2。11 GB/T 29057-2012 表2不同实验室测试数据比较测量元素磷/ppba砌/ppba实验室A0.21 0.02 实验室B0.24 0.02 实验室C0.21 0.06 15 关键词区熔单晶生长、光谱分析、多晶硅、多晶硅评价、杂质、污染、单晶硅、分凝系数。
44、12 G/T 29057-2012 附录A(资料性附录)本标准章条号与SEMIMFl723-11 04章条编号对照表A.1本标准章条号与SEMIMF 1723-1104章条编号对照本标准章条编号对应的SEMIMF1723-1l04章条编号1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 13 NFON|hgmNH阁。华人民共和国家标准用区熔拉晶法和光谱分新法评价多晶硅棒的规程GB/T 29057-2012 国中 中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100013)北京市西城区三里河北街16号(10004日网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销 开本880X12301/16 2013年6月第一版印张1.25 字数28千字2013年6月第一次印刷* 书号:155066 1-46636定价21. 00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107GB/T 29057-2012 打印H期:2013年6月9日F002A
