专利名称：晶体硅中锗或/和锡杂质浓度的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种晶体硅中锗或/和锡杂质浓度的测量方法。
背景技术：
国内外研究表明，在太阳能行业中，晶体硅生长时掺入锗、锡可以明显提高材料的各项性能，因此单晶硅中掺入锗、锡杂质在太阳能行业有很广阔的应用前景。在大规模生产过程中，通过制备母合金的手段来实现对掺杂元素的精准控制，因此，锗锡母合金的研制有其必要性。由于锗、锡杂质在晶体硅中不显电性，这就导致锗锡母合金杂质浓度无法使用常规手段进行测量，目前采用SIMS (二次离子质谱)、ICP-MS、GDMS等方法测量锗锡母合金杂质浓度，这些方法均需制备标准样，且需在高纯环境中进行测量，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶体硅中锗或/和锡杂质浓度的测量方法，解决了目前锗锡母合金杂质浓度检测困难的问题。本发明的目的是这样实现的，晶体硅中锗或/和锡杂质浓度的测量方法，是将硼或磷掺入锗或/和锡母合金中，通过测量硅片电阻率，确定锗或/和锡的浓度，具体包括以下步骤步骤1.在太阳能级多晶硅原料中同时掺入硼或磷、锗或/和锡，采用常规的直拉单晶制造法，形成娃熔体， 在IS气保护气氛下，制得母合金娃棒；步骤2.将步骤I中所得母合金硅棒切割成母合金硅片，再利用太阳能级硅料清洗工艺对含锗母合金硅片表面进行清洗；步骤3.利用四探针法测量步骤2所得母合金硅片的电阻率P，依据硅单晶电阻率与掺杂剂浓度换算公式，计算母合金硅片中硼或磷的掺杂浓度。步骤4.利用晶体中分凝计算公式(I)得出取样母合金硅片在母合金晶棒上所处的体积分数g，Cs = C0Ke (1-g) I1)(I)式中 Cs——母合金硅棒中硼或磷的掺杂浓度cm_3 ；C0——硼或磷的硅熔体中硼或磷的浓度cm_3 ；Ke——硼或磷的分凝系数；g——硼或磷的体积分数；步骤5.将步骤4计算所得g值、锗或锡的分凝系数Kel和硅熔体中的锗或锡浓度Ctll，代入公式(I)计算可得母合金硅片中锗或锡杂质的浓度csl。本发明的特点还在于硼或磷的纯度为6N-7N ;锗或锡的纯度为5N-7N。硼或磷掺杂浓度不大于5X 1015atom/cm3。
掺硼母合金取样娃片厚度为3mm ;掺磷母合金取样娃片厚度为1 2_。在母合金娃棒头部体积分数15%以内取样时，需先将头部经过55(T650°C的退火处理。本发明具有如下有益效果，本发明将磷或硼掺入锗或/和锡母合金中，通过测定母合金电阻率，确定磷或硼的浓度，进而计算锗或/和锡的体积分数，通过体积分数计算出锗或/和锡的浓度，方法简单，操作方便，其检测结果与现有技术的检测结果接近，偏差很小，可满足生产需求，解决了目前锗或/和锡母合金浓度检测方法复杂的技术问题，降低了成本，提闻了生广效率。
具体实施例方式本发明提供的晶体硅中锗或/和锡杂质浓度的测量方法，是将硼或磷掺入锗或/和锡母合金中，通过测量硅片电阻率，确定锗或/和锡的浓度。其原理为不同杂质在单晶硅中分凝系数存在差异，根据分凝理论，决定杂质在单晶硅中分布的关键因素为体积分数，而不同杂质之间并无显著影响。以此为依据可以实现在杂质共掺时，通过一种杂质的浓度推算另一种杂质的浓度。本发明通过测量晶体电阻率达到确定锗锡浓度的目的。首先，由于锗锡在硅晶体中不显电性，而硼磷可以通过电阻率测量确定其浓度；同时，杂质在硅晶体中符合分凝规律，这就为实现通过测量硼磷推导出锗锡浓度提供了理论依据。在实际试验中，通过测量母合金片的电阻率确定母合金片在整个母合金晶棒所处的体积分数，再通过体积分数、掺杂浓度以及杂质在晶体硅中的分凝系数进行推导算出电阻率与锗锡杂质浓度之间的对应关系。在实际试验中发现，若在锗锡母合金中重掺硼磷会出现分凝系数漂移的现象，因此，为了减小锗锡浓度的 检测结果的偏差，本发明确定在锗锡母合金中硼磷浓度应不大于5X IO150为保证母合金片浓度的均勻性，掺硼母合金片厚度范围应为3mm ;掺磷母合金片厚度范围f 2mm。此时母合金片两面浓度差小于1% ;可视为均匀掺杂。锗锡母合金晶棒头部体积分数15%以内的晶棒，应经过55(T650°C的退火处理以消除氧施主效应后，再进行电阻率检测。下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1.晶体硅中锗或/和锡杂质浓度的测量方法，包括如下步骤1.在150000克太阳能级多晶硅原料中同时掺入O. 005克的纯度为6N-7N的硼粉、2000克的纯度为5N-7N锗，通过直拉单晶制造法(CZ法)，形成硅熔体，在氩气保护气氛下，制得P型含锗母合金硅棒；2.利用内圆切割或多线切割方式将步骤I中的含锗母合金硅棒切割成厚度为3_的含锗母合金硅片，再利用太阳能级硅料清洗工艺对含锗母合金硅片表面进行清洗；3.利用四探针法测量步骤2所得含锗母合金硅片的电阻率P，依据GB/T13389-1992掺硼掺磷硅单晶电阻率与掺杂剂浓度换算规程中的公式，计算含锗母合金硅片的硼浓度N(P)，公式如下Ν(ρ)=..........................................................................................................十-........................................................................................................................■■—f ·>)
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式中P-电阻率Ω · cm ;N(P)——硼杂质浓度cm_3 ；4.利用晶体中分凝计算公式(I)得出取样母合金硅片在母合金晶棒上所处的体积分数g，Cs = C0Ke (1-g) Μ)(I)其中，硼元素相关参数如下Cs=N(P)；C。= (28. 086X0. 005)/(10. 811X150000)；Ke=O. 8 ；5.将步骤 4 中所得 g 值及锗杂质参数 Ctll= (28. 086 X 2000) / (72. 61 X 150000)；Ke1=O. 35代入公式(I)计算得出锗在含锗母合金硅片中的浓度Csl。表I列出了母合金电阻率与锗浓度的对应关系，从而可通过母合金的电阻率推算出锗的浓度；表I还列出了采用本发明测量方法和现有SMS测量方法对多个含锗母合金硅片进行测量的结果对比。表I本发明测量方法和SMS测量方法的测量结果对比
采⑴本发明测的锗浓度 ■ SlMS测W的猪浓度
权利要求
1.晶体硅中锗或/和锡杂质浓度的測量方法，其特征在于，将硼或磷掺入锗或/和锡母合金中，通过测量硅片电阻率，确定锗或/和锡的浓度，具体包括以下步骤 步骤1.在太阳能级多晶硅原料中同时掺入硼或磷、锗或/和锡，采用常规的直拉单晶制造法，形成娃熔体，在IS气保护气氛下，制得母合金娃棒； 步骤2.将步骤I中所得母合金硅棒切割成母合金硅片，再进行清洗； 步骤3.利用四探针法测量步骤2所得母合金硅片的电阻率P，依据硅单晶电阻率与掺杂剂浓度換算公式，计算母合金硅片中硼或磷的掺杂浓度。
步骤4.利用晶体中分凝计算公式(I)得出取样母合金硅片在母合金晶棒上所处的体积分数g， Cs = C0Ke a_g)(レ1)(I) 式中 Cs——母合金硅棒中硼或磷的掺杂浓度cm_3 ； C0——娃熔体中硼或磷的浓度CnT3 ； Ke——硼或磷的分凝系数； g——硼或磷的体积分数； 步骤5.将步骤4计算所得g值、锗或锡的分凝系数Kel和硅熔体中的锗或锡浓度Ctll,代入公式(I)计算可得母合金硅片中锗或锡杂质的浓度Csl。
2.根据权利要求1所述的晶体硅中锗或/和锡母合金杂质浓度的測量方法，其特征在于，所述硼或磷的纯度为6N-7N ;所述锗或锡的纯度为5N-7N。
3.根据权利要求1所述的晶体硅中锗或/和锡杂质浓度的測量方法，其特征在于，所述硼或磷掺杂浓度不大于5 X 1015atom/cm3。
4.根据权利要求1所述的晶体硅中锗或/和锡杂质浓度的測量方法，其特征在于，掺硼母合金取样娃片厚度为3_ ;掺磷母合金取样娃片厚度为2_。
5.根据权利要求1所述的晶体硅中锗或/和锡杂质浓度的測量方法，其特征在于，在母合金硅棒头部体积分数15%以内取样时，需先将头部经过55(T650°C的退火处理。
全文摘要
晶体硅中锗或/和锡杂质浓度的测量方法，是将硼或磷掺入锗或/和锡母合金中，通过测量硅片电阻率，确定锗或/和锡的浓度。本发明采用将磷或硼掺入锗锡母合金中，建立母合金电阻率与锗锡杂质浓度的关系，通过测量母合金的电阻率即可确定锗锡杂质的浓度，方法简单，操作方便，解决了目前锗锡母合金浓度检测困难的问题，不仅降低了生产成本，且提高了生产效率。
文档编号G01N27/04GK103048360SQ20121051109
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者张群社, 祁伟, 白荣, 李澍 申请人:西安隆基硅材料股份有限公司, 无锡隆基硅材料有限公司, 宁夏隆基硅材料有限公司, 银川隆基硅材料有限公司