(高清版)GBT 29057-2023 用區(qū)熔拉晶法和光譜分析法評(píng)價(jià)多晶硅棒的規(guī)程

用區(qū)熔拉晶法和光譜分析法評(píng)價(jià)多晶硅棒的規(guī)程2023-08-06發(fā)布國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB/T29057—2012《用區(qū)熔拉晶法和光譜分析法評(píng)價(jià)多晶硅棒的規(guī)程》,與GB/T29057—2012相比，除結(jié)構(gòu)調(diào)整和編輯性改動(dòng)外，主要技術(shù)變化如下：a)刪除了目的(見(jiàn)2012年版的第1章);b)更改了范圍(見(jiàn)第1章，2012年版的第2章);c)將第3章“局限性”改為第5章“干擾因素”,并完善了干擾因素內(nèi)容(見(jiàn)第5章，2012年版的第3章);d)更改了方法提要(見(jiàn)第4章，2012年版的第6章);e)增加了籽晶的要求(見(jiàn)6.6);f)增加了取樣方案的選擇(見(jiàn)9.8);g)更改了試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(見(jiàn)第12章，2012年版的第13章);h)更改了精密度(見(jiàn)第13章，2012年版的第14章);i)刪除了關(guān)鍵詞(見(jiàn)2012年版的第15章);j)增加了試驗(yàn)報(bào)告(見(jiàn)第14章)。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC203)與全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC203/SC2)共同提出并歸口。本文件起草單位：青海黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司新能源分公司、有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院有限責(zé)任公司、亞洲硅業(yè)(青海)股份有限公司、洛陽(yáng)中硅高科技有限公司、四川永祥新能源有限公司、新疆大全新能源股份有限公司、江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司、新疆新特新能材料檢測(cè)中心有限公司、陜西有色天宏瑞科硅材料有限責(zé)任公司、江蘇鑫華半導(dǎo)體科技股份有限公司、宜昌南玻硅材料有限公司、青海麗豪半導(dǎo)體材料有限公司、樂(lè)山市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所、新疆協(xié)鑫新能源材料科技有限公司。本文件于2012年首次發(fā)布，本次為第一次修訂。1用區(qū)熔拉晶法和光譜分析法評(píng)價(jià)多晶硅棒的規(guī)程1范圍本文件規(guī)定了多晶硅棒取樣、將樣品區(qū)熔拉制成單晶以及通過(guò)低溫紅外光譜法或光致發(fā)光光譜法對(duì)拉制好的單晶硅棒進(jìn)行分析以確定多晶硅中施主、受主、代位碳和間隙氧雜質(zhì)含量等的規(guī)程。本文件適用于評(píng)價(jià)硅芯上沉積生長(zhǎng)的棒狀多晶硅。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T620化學(xué)試劑氫氟酸GB/T626化學(xué)試劑硝酸GB/T1550非本征半導(dǎo)體材料導(dǎo)電類型測(cè)試方法GB/T1551硅單晶電阻率的測(cè)定直排四探針?lè)ê椭绷鲀商结樂(lè)℅B/T1553硅和鍺體內(nèi)少數(shù)載流子壽命的測(cè)定光電導(dǎo)衰減法GB/T1554硅晶體完整性化學(xué)擇優(yōu)腐蝕檢驗(yàn)方法GB/T1555半導(dǎo)體單晶晶向測(cè)定方法GB/T1557硅晶體中間隙氧含量的紅外吸收測(cè)量方法GB/T1558硅中代位碳原子含量紅外吸收測(cè)量方法GB/T4842氬GB/T11446.1電子級(jí)水GB/T13389摻硼摻磷摻砷硅單晶電阻率與摻雜劑濃度換算規(guī)程GB/T14264半導(dǎo)體材料術(shù)語(yǔ)GB/T24574硅單晶中Ⅲ-V族雜質(zhì)的光致發(fā)光測(cè)試方法GB/T24581硅單晶中Ⅲ、V族雜質(zhì)含量的測(cè)定低溫傅立葉變換紅外光譜法GB/T25915.1潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境第1部分：按粒子濃度劃分空氣潔凈度等級(jí)GB/T35306硅單晶中碳、氧含量的測(cè)定低溫傅立葉變換紅外光譜法3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T14264界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。從多晶硅棒均勻沉積層上取得的已經(jīng)確定其施主、受主、代位碳和間隙氧含量值的多晶硅圓柱體。注：監(jiān)控棒用以監(jiān)測(cè)樣芯制備、酸腐蝕槽和區(qū)熔工藝潔凈度。2使用空心金剛石鉆頭從多晶硅棒上鉆取的用于制樣分析的多晶硅圓柱體。4方法提要按照規(guī)定的取樣方案從多晶硅棒上選取多個(gè)樣芯，采用懸浮區(qū)熔拉晶法將多晶硅樣芯制備成單晶硅樣棒，采用光譜分析法測(cè)量單晶硅樣棒中的施主、受主、代位碳和間隙氧雜質(zhì)含量，通過(guò)計(jì)算得出整批多晶硅棒產(chǎn)品的施主、受主、代位碳和間隙氧雜質(zhì)的含量來(lái)評(píng)價(jià)多晶硅產(chǎn)品的質(zhì)量。5干擾因素5.1有裂縫、高應(yīng)力或沉積疏松的多晶硅棒在取樣過(guò)程中容易碎裂，不宜用來(lái)制備樣芯。5.2鉆取的樣芯應(yīng)通過(guò)清洗去除油脂或加工帶來(lái)的沾污。表面有裂縫或空隙的樣芯不易清洗，其裂縫或空隙中的雜質(zhì)很難被完全腐蝕清除；同時(shí)，腐蝕殘?jiān)部赡軞埩粼跇有玖芽p中造成污染。5.3腐蝕用的器皿、酸及超純水中的雜質(zhì)都會(huì)對(duì)分析的準(zhǔn)確性、重復(fù)性產(chǎn)生影響，因此應(yīng)嚴(yán)格控制酸和超純水的純度。環(huán)境也可能造成污染，因此應(yīng)在潔凈室中進(jìn)行腐蝕和區(qū)熔。其他如酸的混合比例、酸腐蝕溫度、酸腐蝕剝離的速率、腐蝕沖洗次數(shù)以及暴露時(shí)間等都可能產(chǎn)生雜質(zhì)干擾，應(yīng)加以控制；所有與腐蝕后的樣芯接觸的材料和容器都可能沾污，應(yīng)在使用前清洗；手套和其他用來(lái)包裹腐蝕后樣芯的材料應(yīng)檢測(cè)和監(jiān)控。5.4樣芯腐蝕好后，為了避免表面沾污，應(yīng)盡快進(jìn)行區(qū)熔。5.5區(qū)熔爐的爐壁、預(yù)熱器、線圈和密封圈等都是常見(jiàn)的污染源，應(yīng)保持潔凈。5.6區(qū)熔過(guò)程的任何波動(dòng)都會(huì)影響易揮發(fā)雜質(zhì)在氣相、液相和固相中的分布，從而改變測(cè)試結(jié)果。樣芯直徑、熔融區(qū)尺寸、拉速、密封圈純度與爐膛條件的變化都可能改變有效分凝系數(shù)或蒸發(fā)速率，使晶體中的雜質(zhì)含量發(fā)生變化。5.7每種雜質(zhì)都有其特定的分凝系數(shù)，宜拉制幾支不低于20倍熔融區(qū)長(zhǎng)度的晶體，以測(cè)出和公開發(fā)表的數(shù)值一致的有效分凝系數(shù)。應(yīng)從晶棒上與分凝系數(shù)對(duì)應(yīng)的平衡位置處切取硅片，從其他部分切取的硅片不能準(zhǔn)確代表多晶硅中的雜質(zhì)含量。如果單晶不能拉制到足夠長(zhǎng)度，就不能獲得軸向含量分布曲線的平坦區(qū)；在此情況下，可從晶棒上切取硅樣片，并根據(jù)重復(fù)測(cè)量監(jiān)控棒得到的有效分凝系數(shù)來(lái)修正測(cè)量結(jié)果。5.8籽晶中的雜質(zhì)含量會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，如果籽晶中的雜質(zhì)含量高于多晶硅樣棒中的雜質(zhì)含量，應(yīng)選用雜質(zhì)含量更低的籽晶。5.9多晶硅樣棒烘干過(guò)程中因接觸器具和空氣時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)對(duì)表面產(chǎn)生一定的污染影響檢測(cè)結(jié)果。5.10區(qū)熔爐的真空泄漏率和氬氣中的氧含量會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果。5.11樣芯區(qū)熔后如果不是單晶，晶棒中過(guò)多的晶體缺陷會(huì)對(duì)光致發(fā)光或低外光譜造成較大的干擾，很難準(zhǔn)確分析。6試劑和材料6.1氫氟酸：符合或優(yōu)于GB/T620中規(guī)定的優(yōu)級(jí)純。36.2硝酸：符合或優(yōu)于GB/T626中規(guī)定的優(yōu)級(jí)純。6.3混合酸腐蝕劑：硝酸、氫氟酸的體積比通常在4:1到10:1之間。6.4超純水：純度等于或優(yōu)于GB/T11446.1中的EW-I級(jí)。6.5氬氣：符合GB/T4842中高純氬的規(guī)定。6.6籽晶：無(wú)位錯(cuò)N型<111>高阻單晶硅，施主和受主雜質(zhì)含量(原子數(shù))小于2.5×1012cm-3,碳含量(原子數(shù))小于5×101?cm-3,晶向偏離度小于5°。7設(shè)備7.1樣芯制備設(shè)備7.1.2金剛石樣芯鉆：平行樣芯的鉆頭尺寸應(yīng)能鉆出直徑約為20mm且長(zhǎng)度不小于100mm的多晶硅平行樣芯；垂直樣芯的鉆頭長(zhǎng)度應(yīng)能完全鉆穿多晶硅棒直徑。7.2.1腐蝕柜：具備酸霧排放功能，包括酸腐蝕槽、超純水漂洗裝置。腐蝕柜應(yīng)放在GB/T25915.1中規(guī)定的ISO6級(jí)潔凈室中以避免外界污染。7.2.2耐酸腐蝕器皿：用于在腐蝕、沖洗和干燥過(guò)程中容納一定直徑和長(zhǎng)度的樣芯。7.3懸浮區(qū)熔晶體生長(zhǎng)設(shè)備7.3.1區(qū)熔爐：具備惰性氣體氛圍，具有保證規(guī)定直徑和長(zhǎng)度的晶體生長(zhǎng)的水冷爐膛。安放在GB/T25915.1中規(guī)定的ISO6級(jí)及以上的潔凈室內(nèi)。裝置可有相對(duì)于線圈的垂直移動(dòng)，但不應(yīng)有明顯的水平移動(dòng)。垂直移動(dòng)可由螺桿、纜索或液壓裝置來(lái)完成。此外，有一根支持樣芯的軸和一根支持籽晶的軸，至少有一根軸能相對(duì)于另一根軸作垂直移動(dòng)，籽晶軸應(yīng)能繞其軸旋轉(zhuǎn)以避免熔融區(qū)中熱量和溶質(zhì)的不平衡。在熔融區(qū)冷凝時(shí)，樣品卡頭和籽晶卡頭應(yīng)能相對(duì)于軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，卡頭由對(duì)硅污染少的鉬、鉭或鎢等制成。線圈設(shè)計(jì)和電源控制應(yīng)能在晶體生長(zhǎng)的整個(gè)過(guò)程中保持熔融區(qū)的穩(wěn)定且完全熔透。設(shè)備中所用的材料應(yīng)能在工作條件下承受不超過(guò)1.3×10-4Pa的氣壓。預(yù)熱器應(yīng)由鉭或其他對(duì)硅污染的材料制成。7.3.3真空吸塵器：適合潔凈室使用，帶有靈活的軟管和窄吸嘴。7.3.4圓片鋸：能夠從晶棒上切取2mm～4mm厚的樣片。8設(shè)備準(zhǔn)備8.1清潔取樣鉆，避免樣芯污染。8.2清洗腐蝕柜，檢查沖洗用的超純水的總有機(jī)碳含量和電阻率。8.3清潔區(qū)熔爐爐膛，用刷子刷爐壁使硅沉積物變松，并用真空吸塵器除去松弛的顆粒，用超純水浸濕的專用抹布擦抹爐壁、預(yù)熱器和線圈。檢查冷卻水水流、水溫，檢查線圈和預(yù)熱器連接，檢查軸、線圈引8.4定期清洗線圈及連接部件，定期更換密封圈。清洗后，應(yīng)用氬氣吹洗干燥和抽真空，并將爐膛和預(yù)熱器烘干處理至少15min。49樣品9.1樣芯應(yīng)能反映多晶硅棒生長(zhǎng)過(guò)程的特征，并能代表被取樣的多晶硅棒。9.2為滿足不同的取樣方案，可在多晶硅棒的不同位置取一系列樣芯，取樣位置涵蓋硅棒的兩端。有兩種典型的取樣方法，平行樣芯的取樣位置見(jiàn)圖1,垂直樣芯的取樣位置見(jiàn)圖2。圖1平行樣芯的取樣位置圖2垂直樣芯的取樣位置9.3平行樣芯9.3.1如圖1所示，平行于硅芯方向鉆取的長(zhǎng)度不小于100mm、直徑約為20mm的樣芯。計(jì)算多晶硅棒雜質(zhì)總含量需要鉆取兩種不同的平行樣芯，即平行硅芯樣芯和平行生長(zhǎng)層樣芯，對(duì)平行樣芯進(jìn)行區(qū)熔、分析，并結(jié)合平行硅芯樣芯和平行生長(zhǎng)層樣芯數(shù)據(jù)計(jì)算多晶硅棒中的總體雜質(zhì)含量。9.3.2平行硅芯樣芯是包括硅芯和初始沉積層的平行樣芯，代表硅芯和硅芯上的初始沉積層質(zhì)量。9.3.3平行生長(zhǎng)層樣芯是只包括生長(zhǎng)層的平行樣芯，代表沉積在硅芯上的多晶硅質(zhì)量。59.4平行樣芯取樣位置9.4.1徑向位置：沿多晶硅棒直徑方向取樣，用以檢測(cè)沉積層的徑向均勻性。由于多晶硅棒外表面可能不平或有裂縫，不應(yīng)在距硅棒表面5mm范圍內(nèi)取樣。9.4.2軸向位置：對(duì)于U型多晶硅棒，通常在橫梁部分或在長(zhǎng)棒上距任一端50mm范圍內(nèi)取樣，也可在任意位置取樣，以檢查沉積層的軸向均勻性。9.5垂直樣芯9.5.1如圖2所示，垂直樣芯是沿著多晶硅棒直徑方向鉆取的約20mm直徑的樣芯，其長(zhǎng)度和多晶硅棒直徑相同，所取的樣芯要包括硅芯和沉積層的所有部分，為了準(zhǔn)確計(jì)算各個(gè)生長(zhǎng)層中的雜質(zhì)，垂直樣芯至少有一端包括表層；如果硅棒直徑小于60mm,將不能拉制出準(zhǔn)確分析所需要的足夠熔融區(qū)長(zhǎng)度的單晶棒，在這種情況下，應(yīng)取平行硅芯樣芯來(lái)分析。9.5.2垂直于生長(zhǎng)層的樣芯是沒(méi)有與硅芯相交的樣芯，可進(jìn)行區(qū)熔和分析，以確定沉積層中的雜質(zhì)含量。為了確定整個(gè)多晶硅棒中總體雜質(zhì)的含量，應(yīng)單獨(dú)分析硅芯，并結(jié)合生長(zhǎng)層的結(jié)果進(jìn)行分析，采用平行樣芯的公式(見(jiàn)12.2)來(lái)計(jì)算多晶硅棒中各種雜質(zhì)的總體含量。9.6垂直樣芯取樣位置對(duì)于整個(gè)U型多晶硅，垂直樣芯一般在橫梁部位取樣或在長(zhǎng)棒上距任一端50mm內(nèi)的位置取樣。因?yàn)橛袘?yīng)力，不應(yīng)在U型硅棒的彎曲部分取樣。9.7硅芯分析如果不能制取平行或垂直的硅芯樣芯，硅芯可單獨(dú)區(qū)熔成單晶棒后進(jìn)行分析，然后與生長(zhǎng)層的分析結(jié)果相結(jié)合評(píng)價(jià)。如果硅芯是單晶或接近單晶，可直接切片、制樣后按GB/T1557和GB/T1558或GB/T35306規(guī)定的光譜技術(shù)分析間隙氧和代位碳雜質(zhì)，按GB/T24574或GB/T24581規(guī)定的光譜技術(shù)分析施主和受主雜質(zhì)。9.8取樣方案的選擇初次投用或檢修后初開車裝置生產(chǎn)的多晶硅棒，應(yīng)采用9.3或9.5的取樣方案取出規(guī)定的樣芯，并分析所有取出的樣芯；對(duì)于穩(wěn)定生產(chǎn)的裝置，如果硅芯和初始沉積層雜質(zhì)水平穩(wěn)定或?qū)φ璋糍|(zhì)量評(píng)價(jià)無(wú)影響時(shí)，可只取平行生長(zhǎng)層樣芯分析。10過(guò)程控制10.1使用多晶硅監(jiān)控棒監(jiān)測(cè)樣芯制備、酸腐蝕槽和區(qū)熔工藝的潔凈度。從具有均勻沉積層的多晶硅棒上鉆取多個(gè)直徑約20mm、長(zhǎng)度為100mm的沉積層樣芯。選用雜質(zhì)含量較低的監(jiān)控棒(如施主、受主含量約5×1011cm-3,碳含量約2.5×101?cm-3,氧含量約5×101cm-3),預(yù)先測(cè)量來(lái)自干擾源的痕量雜質(zhì)。反復(fù)測(cè)試，分別得出施主、受主、碳和氧雜質(zhì)的含量值。定期對(duì)監(jiān)控棒加以腐蝕、區(qū)熔和分析，以監(jiān)測(cè)樣品制備、腐蝕和區(qū)熔工藝過(guò)程的污染程度。10.2分析監(jiān)控棒的施主、受主、碳和氧含量是否在控制范圍內(nèi)，如果超過(guò)控制范圍，則應(yīng)校正并重新分析。11試驗(yàn)步驟11.1樣芯和籽晶腐蝕11.1.1樣芯和籽晶腐蝕的所有操作均應(yīng)在潔凈室或潔凈區(qū)中進(jìn)行，人員應(yīng)穿戴專用潔凈服并做好相應(yīng)防護(hù)。11.1.2配制新的混合酸腐蝕劑(6.3),把樣芯和籽晶放入清潔的腐蝕槽內(nèi)進(jìn)行腐蝕、漂洗、干燥。用混合酸腐蝕劑(6.3),至少腐蝕兩次，使樣芯表面除去不少于100μm的厚度，以消除樣芯和籽晶表面的污6染。也可使用其他混合酸腐蝕劑，但應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)和控制，以確保其有效并避免雜質(zhì)污染。11.1.3腐蝕清洗后，樣芯應(yīng)盡快區(qū)熔，以減少被污染的可能。如果樣芯和籽晶超過(guò)了保存期，應(yīng)重新腐蝕。為了延長(zhǎng)保存期，樣芯應(yīng)用干凈材料密封，并貯存在潔凈室。11.2.1把樣芯和籽晶裝入?yún)^(qū)熔爐爐膛，懸掛于爐膛中心位置，并對(duì)準(zhǔn)垂直旋轉(zhuǎn)軸。11.2.2通過(guò)一系列抽真空和氬氣吹洗循環(huán)處理除去爐膛內(nèi)的空氣。在爐膛中充滿氬氣并在整個(gè)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中繼續(xù)通氬氣，保持爐室內(nèi)氬氣為正壓。11.2.3把樣芯朝向籽晶的一端放入線圈，將預(yù)熱器靠近該端，調(diào)節(jié)預(yù)熱器功率，使樣芯和預(yù)熱器產(chǎn)生初始耦合；同時(shí)加熱至樣芯開始發(fā)光(約為600℃~700℃)。移開預(yù)熱器，使樣芯靠近線圈開口處，通過(guò)控制線圈的功率，建立熔融區(qū)。11.2.4在籽晶端建立小熔融區(qū)后，垂直移動(dòng)籽晶直到與熔融區(qū)接觸為止?；赝俗丫纬梢粋€(gè)圓錐形熔融區(qū)，確認(rèn)籽晶已經(jīng)熔入，然后開始縮頸形成無(wú)位錯(cuò)的晶體。11.2.5調(diào)整熔融區(qū)頂部和底部的移動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)速率來(lái)完成縮頸，檢查三條棱線以確保晶體是單晶。調(diào)節(jié)移動(dòng)速度和功率以形成晶棒的最終直徑。調(diào)節(jié)移動(dòng)速度和旋轉(zhuǎn)速度，以3mm/min～5mm/min的生長(zhǎng)速度一次區(qū)熔成無(wú)位錯(cuò)單晶。11.2.6當(dāng)獲得所需長(zhǎng)度的單晶時(shí)，讓晶棒和熔融區(qū)在未凝固時(shí)分離。分離后，停止軸的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，11.3.1目視檢查晶棒的直徑均勻性、生長(zhǎng)面線和顏色的連續(xù)一致性，以確定晶棒是否為無(wú)位錯(cuò)單晶棒、是否存在因爐膛漏氣或氬氣不純而產(chǎn)生的氧化物沉積。11.3.2按GB/T1550的規(guī)定檢測(cè)沿晶棒長(zhǎng)度方向的導(dǎo)電類型，以驗(yàn)證是否存在p-n結(jié)。11.3.3按GB/T1554的規(guī)定抽樣檢查晶體的完整性，以驗(yàn)證目測(cè)檢查的結(jié)果。11.3.4按GB/T1555的規(guī)定檢查晶向，以驗(yàn)證目測(cè)檢查的結(jié)果。11.3.5按GB/T1551的規(guī)定用直流兩探針?lè)z測(cè)沿晶棒長(zhǎng)度方向的電阻率分布曲線，分析施主和受主雜質(zhì)的分布均勻性，電阻率沿晶棒長(zhǎng)度方向的變化應(yīng)與在各個(gè)點(diǎn)測(cè)得的施主、受主含量相一致，分布曲線上的突然變化表明在該點(diǎn)存在污染或樣品沉積層不均勻。11.3.6按GB/T1553的規(guī)定檢測(cè)晶棒體內(nèi)少數(shù)載流子壽命，以驗(yàn)證晶體的完整性和金屬雜質(zhì)污染。單晶棒經(jīng)晶體完整性、外觀、均勻性檢查并判定為合格后，選擇施主、受主樣片和碳氧樣片的取樣點(diǎn)。在選定的位置切取硅片，按GB/T24574或GB/T24581的規(guī)定分析施主和受主含量，按GB/T1557和GB/T1558或GB/T35306分析碳、氧含量。從單晶棒上切取大約2mm～4mm厚的樣片并按照所采用的分析方法制備樣片。根據(jù)樣芯類型，按照11.4.2和11.4.3中的步驟來(lái)確定晶棒的取樣方案。11.4.2.1根據(jù)各雜質(zhì)的特定分凝系數(shù)選擇取樣點(diǎn)，這些取樣點(diǎn)的雜質(zhì)含量不應(yīng)低于實(shí)際含量的90%。11.4.2.2分凝效應(yīng)是在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，晶體從熔體中結(jié)晶，由于分凝，固相中的雜質(zhì)含量和液相中的雜質(zhì)含量不同。不同雜質(zhì)具有不同的分凝系數(shù)K。,平衡分凝系數(shù)的計(jì)算按公式(1)進(jìn)行：7GB/T29057—2023……(1)式中：K?——平衡分凝系數(shù)；C,——固相中的雜質(zhì)含量，單位為每立方厘米(cm-3)(以原子數(shù)計(jì));C?——液相中的雜質(zhì)含量，單位為每立方厘米(cm-3)(以原子數(shù)計(jì))。11.4.2.3對(duì)較高的凝固速度，雜質(zhì)原子受到前進(jìn)熔融區(qū)的排斥，其速度超過(guò)雜質(zhì)原子擴(kuò)散進(jìn)入熔融區(qū)的速度，雜質(zhì)原子聚集在靠近熔融區(qū)的界面，形成雜質(zhì)含量梯度。不應(yīng)用平衡分凝系數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)樗贿m用于以很低的生長(zhǎng)速度進(jìn)行凝固的情況。該含量梯度取決于生長(zhǎng)速度、熔融區(qū)和摻雜劑的擴(kuò)散行為。有效分凝系數(shù)K的計(jì)算按公式(2)進(jìn)行：式中：K—有效分凝系數(shù)；K?——平衡分凝系數(shù)；δ——擴(kuò)散層厚度，單位為厘米(cm);v——生長(zhǎng)速度，單位為厘米每秒(cm/s);D——熔體中雜質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，單位為平方厘米每秒(cm2/s)?！?1.4.2.4通過(guò)測(cè)量摻雜曲線來(lái)確定雜質(zhì)沿晶棒長(zhǎng)度方向的含量分布。熔融區(qū)長(zhǎng)度測(cè)量和晶棒取樣位置如圖3所示，熔融區(qū)長(zhǎng)度取決于樣品直徑、線圈設(shè)計(jì)和拉晶速度。熔融區(qū)長(zhǎng)度確定后，只有在方法或裝置發(fā)生變化時(shí)才需重測(cè)。測(cè)量每一種雜質(zhì)的摻雜曲線，從而確定在晶棒上的切割位置，以便提供準(zhǔn)確的雜質(zhì)含量。選擇的取樣點(diǎn)應(yīng)能夠代表90%以上的雜質(zhì)含量。圖3中，測(cè)得的熔融區(qū)長(zhǎng)度為15mm,對(duì)于一種雜質(zhì)，如果摻雜曲線表明曲線的平坦部分位于12倍熔融區(qū)長(zhǎng)度處(12×15mm=180mm),則從距晶棒最初凝固端12倍熔融區(qū)長(zhǎng)度處取樣。12倍熔區(qū)長(zhǎng)度時(shí)(12×15mm)=180mm,在180mm處切制晶錠圖3熔融區(qū)長(zhǎng)度測(cè)量和晶棒取樣位置11.4.2.5晶棒雜質(zhì)分布曲線：雜質(zhì)的有效分凝系數(shù)會(huì)因區(qū)熔爐類型、線圈設(shè)計(jì)、拉晶速度、晶棒與樣芯直徑不同而變化。可通過(guò)測(cè)量實(shí)際的分凝曲線來(lái)確定各區(qū)熔爐的參數(shù)和工藝。示例：為了確定碳的分布曲線，可沿長(zhǎng)度方向?qū)⒕О羟谐晒杵?，測(cè)量每個(gè)硅片的碳含量，然后繪制含量與熔融區(qū)長(zhǎng)度的分布曲線。為準(zhǔn)確得到碳含量，所生長(zhǎng)的晶棒長(zhǎng)度要達(dá)到軸向含量分布曲線出現(xiàn)平坦部分所需的熔融區(qū)倍數(shù)的長(zhǎng)度。圖4是碳含量的軸向分布曲線，從圖中可看出，以熔融區(qū)長(zhǎng)度為15mm的區(qū)熔方式把直徑為20mm的樣芯拉制成810mm直徑的晶棒，有效分凝系數(shù)為0.175。在此例中，生長(zhǎng)的晶棒達(dá)到12倍熔融區(qū)長(zhǎng)度，這就確保了最大量的碳熔入晶體。在12倍熔融區(qū)長(zhǎng)度處切片分析測(cè)試碳含量，可得到具有重復(fù)性的碳含量值，能準(zhǔn)確反映多晶硅中的碳含量。熔區(qū)長(zhǎng)度倍數(shù)圖4碳含量的軸向分布曲線11.4.2.6切片位置：在一定的區(qū)熔條件下，一旦建立了每個(gè)元素具有較高的分凝系數(shù)，其曲線相對(duì)平坦。在6倍熔融區(qū)長(zhǎng)度處切片，所測(cè)得數(shù)值與12倍熔融區(qū)長(zhǎng)度處切片的值幾乎相同。如果一個(gè)值明顯高于另一個(gè)值，則說(shuō)明可能發(fā)生了污染，應(yīng)重新取樣分析。磷的分凝系數(shù)較小，6倍熔融區(qū)長(zhǎng)度處與12倍熔融區(qū)長(zhǎng)度處測(cè)得的值不同，6倍熔融區(qū)的值應(yīng)比12倍熔融區(qū)的值約低10%～15%;否則，表明有污染，應(yīng)重新取樣分析。碳具有非常低的分凝系數(shù)，在6倍熔融區(qū)長(zhǎng)度和12倍熔融區(qū)長(zhǎng)度處數(shù)值變化很大；否則，表明有污染，應(yīng)重新取樣分析。碳含量值在晶棒最長(zhǎng)處切片檢測(cè)。11.4.3.1垂直樣芯的單晶直徑約為14mm,其長(zhǎng)度視多晶硅棒直徑而定，約為100mm。對(duì)這類晶棒，由于碳的分凝系數(shù)小，測(cè)定施主、受主含量的取樣和測(cè)定碳的取樣不同，取樣選點(diǎn)按11.4.3.2、11.4.3.3、11.4.3.4的規(guī)定進(jìn)行。11.4.3.2電阻率分布曲線：按照GB/T1551的測(cè)試方法以10mm的間隔繪制晶棒電阻率分布曲線來(lái)確定施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)沿晶棒長(zhǎng)度的分布。同時(shí)按照GB/T1550的測(cè)試方法以10mm間隔繪制晶棒導(dǎo)電類型分布曲線。受11.4.2.2中分凝效應(yīng)、硅芯本身的純度以及第5章中干擾因素的影響，在不同的實(shí)驗(yàn)室中繪制的電阻率曲線不盡相同。在反復(fù)測(cè)試監(jiān)控棒和樣芯后建立典型的電阻率、導(dǎo)電類型曲線。電阻率曲線上突變點(diǎn)表明該處有污染或沉積層不均勻。11.4.3.3切片位置：根據(jù)電阻率、導(dǎo)電類型分布曲線建立每種元素的取樣規(guī)則。單晶棒的長(zhǎng)度與多晶硅棒的直徑有關(guān)，在硅芯和多晶硅棒外層之間中點(diǎn)的對(duì)應(yīng)處切取樣片。按照GB/T24574或GB/T24581來(lái)測(cè)試施主、受主、碳和氧含量。對(duì)多晶硅棒的橫截面，這些含量代表R/2處的值。如果電阻率、導(dǎo)電類型曲線和標(biāo)準(zhǔn)曲線明顯不同，可在其他位置切片，以確定每種雜質(zhì)的分布情況。含量明顯變化表明該處有污染，應(yīng)重新分析。11.4.3.4碳分析：由于不能在長(zhǎng)度較短的單晶棒得到準(zhǔn)確的碳含量值，因此應(yīng)在經(jīng)過(guò)退火的多晶硅片上進(jìn)行分析。取第二個(gè)垂直樣芯，在約1360℃退火處理2h,按GB/T1558或GB/T35306規(guī)定的測(cè)試方法切兩塊2mm～4mm厚的硅片作碳分析。在代表生長(zhǎng)層中點(diǎn)的位置取一個(gè)樣，在代表硅芯位置的點(diǎn)取另一個(gè)樣。如果需要也可在其他位置取樣用于測(cè)量雜質(zhì)徑向分布。12試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理12.1通過(guò)測(cè)量取得樣品的施主、受主雜質(zhì)和代位碳、間隙氧雜質(zhì)含量，再按公式(3)計(jì)算多晶硅棒中這9GB/T29057—2023些雜質(zhì)的總體含量。12.2平行樣芯在摻雜硅芯或硅芯與沉積層雜質(zhì)含量不同的情況下，用公式(3)計(jì)算多晶硅棒中各種雜質(zhì)的總體含量：………………式中：CrRp——多晶硅棒中雜質(zhì)的總體含量，單位為每立方厘米(cm-3)(以原子數(shù)計(jì));A:——平行硅樣芯截面積，單位為平方厘米(cm2);C;——平行硅樣芯的雜質(zhì)含量，單位為每立方厘米(cm-3)(以原子數(shù)計(jì));A,——硅棒截面積，單位為平方厘米(cm2);CDL.——平行生長(zhǎng)層樣芯的雜質(zhì)含量，單位為每立方厘米(cm-3)(以原子數(shù)計(jì))。上述計(jì)算假定生長(zhǎng)層沿多晶硅棒徑向均勻分布，可通過(guò)在整個(gè)生長(zhǎng)層鉆取足夠多樣品來(lái)驗(yàn)證該假設(shè)。12.3垂直樣芯生長(zhǎng)的單晶棒符合11.4.3時(shí)，按公式(3)計(jì)算來(lái)確定多晶硅棒中雜質(zhì)的總體含量。12.4單晶棒長(zhǎng)度與多晶硅棒橫截面大小有關(guān)，熔融區(qū)長(zhǎng)度與截面積有關(guān)，如圖5所示。硼分凝系數(shù)較大，可假設(shè)硼在整個(gè)橫截面上均勻分布。磷的分凝系數(shù)較小，沿橫截面各熔融區(qū)磷的含量值應(yīng)根據(jù)分凝系數(shù)來(lái)進(jìn)行修正?？赏ㄟ^(guò)對(duì)特定樣品直徑、線圈設(shè)計(jì)和拉速下的監(jiān)控棒的重復(fù)測(cè)量來(lái)確定磷元素的有效分凝系數(shù)。單晶錠單晶錠多品籽品圖5單晶棒熔區(qū)長(zhǎng)度和多晶棒橫截面12.5按GB/T24574或GB/T24581中硼的光譜測(cè)量值，在不考慮分凝系數(shù)修正的情況下，多晶硅棒中硼雜質(zhì)的總體含量按公式(4)進(jìn)行計(jì)算：式中：Cvac