專利名稱：晶體硅中鍺或/和錫雜質(zhì)濃度的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體硅中鍺或/和錫雜質(zhì)濃度的測量方法。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外研究表明，在太陽能行業(yè)中，晶體硅生長時摻入鍺、錫可以明顯提高材料的各項性能，因此單晶硅中摻入鍺、錫雜質(zhì)在太陽能行業(yè)有很廣闊的應(yīng)用前景。在大規(guī)模生產(chǎn)過程中，通過制備母合金的手段來實現(xiàn)對摻雜元素的精準控制，因此，鍺錫母合金的研制有其必要性。由于鍺、錫雜質(zhì)在晶體硅中不顯電性，這就導(dǎo)致鍺錫母合金雜質(zhì)濃度無法使用常規(guī)手段進行測量，目前采用SIMS (二次離子質(zhì)譜)、ICP-MS、GDMS等方法測量鍺錫母合金雜質(zhì)濃度，這些方法均需制備標準樣，且需在高純環(huán)境中進行測量，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種晶體硅中鍺或/和錫雜質(zhì)濃度的測量方法，解決了目前鍺錫母合金雜質(zhì)濃度檢測困難的問題。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，晶體硅中鍺或/和錫雜質(zhì)濃度的測量方法，是將硼或磷摻入鍺或/和錫母合金中，通過測量硅片電阻率，確定鍺或/和錫的濃度，具體包括以下步驟步驟1.在太陽能級多晶硅原料中同時摻入硼或磷、鍺或/和錫，采用常規(guī)的直拉單晶制造法，形成娃熔體， 在IS氣保護氣氛下，制得母合金娃棒；步驟2.將步驟I中所得母合金硅棒切割成母合金硅片，再利用太陽能級硅料清洗工藝對含鍺母合金硅片表面進行清洗；步驟3.利用四探針法測量步驟2所得母合金硅片的電阻率P，依據(jù)硅單晶電阻率與摻雜劑濃度換算公式，計算母合金硅片中硼或磷的摻雜濃度。步驟4.利用晶體中分凝計算公式(I)得出取樣母合金硅片在母合金晶棒上所處的體積分數(shù)g，Cs = C0Ke (1-g) I1)(I)式中 Cs——母合金硅棒中硼或磷的摻雜濃度cm_3 ；C0——硼或磷的硅熔體中硼或磷的濃度cm_3 ；Ke——硼或磷的分凝系數(shù)；g——硼或磷的體積分數(shù)；步驟5.將步驟4計算所得g值、鍺或錫的分凝系數(shù)Kel和硅熔體中的鍺或錫濃度Ctll，代入公式(I)計算可得母合金硅片中鍺或錫雜質(zhì)的濃度csl。本發(fā)明的特點還在于硼或磷的純度為6N-7N ;鍺或錫的純度為5N-7N。硼或磷摻雜濃度不大于5X 1015atom/cm3。
摻硼母合金取樣娃片厚度為3mm ;摻磷母合金取樣娃片厚度為1 2_。在母合金娃棒頭部體積分數(shù)15%以內(nèi)取樣時，需先將頭部經(jīng)過55(T650°C的退火處理。本發(fā)明具有如下有益效果，本發(fā)明將磷或硼摻入鍺或/和錫母合金中，通過測定母合金電阻率，確定磷或硼的濃度，進而計算鍺或/和錫的體積分數(shù)，通過體積分數(shù)計算出鍺或/和錫的濃度，方法簡單，操作方便，其檢測結(jié)果與現(xiàn)有技術(shù)的檢測結(jié)果接近，偏差很小，可滿足生產(chǎn)需求，解決了目前鍺或/和錫母合金濃度檢測方法復(fù)雜的技術(shù)問題，降低了成本，提聞了生廣效率。
具體實施例方式本發(fā)明提供的晶體硅中鍺或/和錫雜質(zhì)濃度的測量方法，是將硼或磷摻入鍺或/和錫母合金中，通過測量硅片電阻率，確定鍺或/和錫的濃度。其原理為不同雜質(zhì)在單晶硅中分凝系數(shù)存在差異，根據(jù)分凝理論，決定雜質(zhì)在單晶硅中分布的關(guān)鍵因素為體積分數(shù)，而不同雜質(zhì)之間并無顯著影響。以此為依據(jù)可以實現(xiàn)在雜質(zhì)共摻時，通過一種雜質(zhì)的濃度推算另一種雜質(zhì)的濃度。本發(fā)明通過測量晶體電阻率達到確定鍺錫濃度的目的。首先，由于鍺錫在硅晶體中不顯電性，而硼磷可以通過電阻率測量確定其濃度；同時，雜質(zhì)在硅晶體中符合分凝規(guī)律，這就為實現(xiàn)通過測量硼磷推導(dǎo)出鍺錫濃度提供了理論依據(jù)。在實際試驗中，通過測量母合金片的電阻率確定母合金片在整個母合金晶棒所處的體積分數(shù)，再通過體積分數(shù)、摻雜濃度以及雜質(zhì)在晶體硅中的分凝系數(shù)進行推導(dǎo)算出電阻率與鍺錫雜質(zhì)濃度之間的對應(yīng)關(guān)系。在實際試驗中發(fā)現(xiàn)，若在鍺錫母合金中重摻硼磷會出現(xiàn)分凝系數(shù)漂移的現(xiàn)象，因此，為了減小鍺錫濃度的 檢測結(jié)果的偏差，本發(fā)明確定在鍺錫母合金中硼磷濃度應(yīng)不大于5X IO150為保證母合金片濃度的均勻性，摻硼母合金片厚度范圍應(yīng)為3mm ;摻磷母合金片厚度范圍f 2mm。此時母合金片兩面濃度差小于1% ;可視為均勻摻雜。鍺錫母合金晶棒頭部體積分數(shù)15%以內(nèi)的晶棒，應(yīng)經(jīng)過55(T650°C的退火處理以消除氧施主效應(yīng)后，再進行電阻率檢測。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例1.晶體硅中鍺或/和錫雜質(zhì)濃度的測量方法，包括如下步驟1.在150000克太陽能級多晶硅原料中同時摻入O. 005克的純度為6N-7N的硼粉、2000克的純度為5N-7N鍺，通過直拉單晶制造法(CZ法)，形成硅熔體，在氬氣保護氣氛下，制得P型含鍺母合金硅棒；2.利用內(nèi)圓切割或多線切割方式將步驟I中的含鍺母合金硅棒切割成厚度為3_的含鍺母合金硅片，再利用太陽能級硅料清洗工藝對含鍺母合金硅片表面進行清洗；3.利用四探針法測量步驟2所得含鍺母合金硅片的電阻率P，依據(jù)GB/T13389-1992摻硼摻磷硅單晶電阻率與摻雜劑濃度換算規(guī)程中的公式，計算含鍺母合金硅片的硼濃度N(P)，公式如下Ν(ρ)=..........................................................................................................十-........................................................................................................................■■—f ·>)
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式中P-電阻率Ω · cm ;N(P)——硼雜質(zhì)濃度cm_3 ；4.利用晶體中分凝計算公式(I)得出取樣母合金硅片在母合金晶棒上所處的體積分數(shù)g，Cs = C0Ke (1-g) Μ)(I)其中，硼元素相關(guān)參數(shù)如下Cs=N(P)；C。= (28. 086X0. 005)/(10. 811X150000)；Ke=O. 8 ；5.將步驟 4 中所得 g 值及鍺雜質(zhì)參數(shù) Ctll= (28. 086 X 2000) / (72. 61 X 150000)；Ke1=O. 35代入公式(I)計算得出鍺在含鍺母合金硅片中的濃度Csl。表I列出了母合金電阻率與鍺濃度的對應(yīng)關(guān)系，從而可通過母合金的電阻率推算出鍺的濃度；表I還列出了采用本發(fā)明測量方法和現(xiàn)有SMS測量方法對多個含鍺母合金硅片進行測量的結(jié)果對比。表I本發(fā)明測量方法和SMS測量方法的測量結(jié)果對比
采⑴本發(fā)明測的鍺濃度 ■ SlMS測W的豬濃度
權(quán)利要求
1.晶體硅中鍺或/和錫雜質(zhì)濃度的測量方法，其特征在于，將硼或磷摻入鍺或/和錫母合金中，通過測量硅片電阻率，確定鍺或/和錫的濃度，具體包括以下步驟 步驟1.在太陽能級多晶硅原料中同時摻入硼或磷、鍺或/和錫，采用常規(guī)的直拉單晶制造法，形成娃熔體，在IS氣保護氣氛下，制得母合金娃棒； 步驟2.將步驟I中所得母合金硅棒切割成母合金硅片，再進行清洗； 步驟3.利用四探針法測量步驟2所得母合金硅片的電阻率P，依據(jù)硅單晶電阻率與摻雜劑濃度換算公式，計算母合金硅片中硼或磷的摻雜濃度。
步驟4.利用晶體中分凝計算公式(I)得出取樣母合金硅片在母合金晶棒上所處的體積分數(shù)g， Cs = C0Ke a_g)(レ1)(I) 式中 Cs——母合金硅棒中硼或磷的摻雜濃度cm_3 ； C0——娃熔體中硼或磷的濃度CnT3 ； Ke——硼或磷的分凝系數(shù)； g——硼或磷的體積分數(shù)； 步驟5.將步驟4計算所得g值、鍺或錫的分凝系數(shù)Kel和硅熔體中的鍺或錫濃度Ctll,代入公式(I)計算可得母合金硅片中鍺或錫雜質(zhì)的濃度Csl。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅中鍺或/和錫母合金雜質(zhì)濃度的測量方法，其特征在于，所述硼或磷的純度為6N-7N ;所述鍺或錫的純度為5N-7N。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅中鍺或/和錫雜質(zhì)濃度的測量方法，其特征在于，所述硼或磷摻雜濃度不大于5 X 1015atom/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅中鍺或/和錫雜質(zhì)濃度的測量方法，其特征在于，摻硼母合金取樣娃片厚度為3_ ;摻磷母合金取樣娃片厚度為2_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅中鍺或/和錫雜質(zhì)濃度的測量方法，其特征在于，在母合金硅棒頭部體積分數(shù)15%以內(nèi)取樣時，需先將頭部經(jīng)過55(T650°C的退火處理。
全文摘要
晶體硅中鍺或/和錫雜質(zhì)濃度的測量方法，是將硼或磷摻入鍺或/和錫母合金中，通過測量硅片電阻率，確定鍺或/和錫的濃度。本發(fā)明采用將磷或硼摻入鍺錫母合金中，建立母合金電阻率與鍺錫雜質(zhì)濃度的關(guān)系，通過測量母合金的電阻率即可確定鍺錫雜質(zhì)的濃度，方法簡單，操作方便，解決了目前鍺錫母合金濃度檢測困難的問題，不僅降低了生產(chǎn)成本，且提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號G01N27/04GK103048360SQ20121051109
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者張群社, 祁偉, 白榮, 李澍 申請人:西安隆基硅材料股份有限公司, 無錫隆基硅材料有限公司, 寧夏隆基硅材料有限公司, 銀川隆基硅材料有限公司