多晶硅制备中的理化检测

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二、多晶硅制备中所需检测的内容（2） 多晶硅制备中所需检测的内容（ ）
2、物理检测 、 多晶硅的物理检测主要包括：基磷电阻率、基硼电阻率、 多晶硅的物理检测主要包括：基磷电阻率、基硼电阻率、金属杂质 含量、少子寿命以及用FBR制备 制备TCS时所用的工业硅粉杂质含量的 含量、少子寿命以及用 制备 时所用的工业硅粉杂质含量的 检测。因为这些检测多采用物理的方法进行，故称为物理检测。 检测。因为这些检测多采用物理的方法进行，故称为物理检测。 3、化学分析 、 多晶硅生产中的化学分析主要是在线分析，其目的是让工艺主管和 多晶硅生产中的化学分析主要是在线分析， 工艺人员随时了解所使用的原料的质量水平。 工艺人员随时了解所使用的原料的质量水平。化学分析的主要对象 可分为三大类： 可分为三大类： 第一类是所使用的各种气体，如氢气、氩气、氮气等， 第一类是所使用的各种气体，如氢气、氩气、氮气等，尤其是通入 还原炉进行SiHCl3氢还原的氢气，至少每天要进行两次以上的分析； 氢还原的氢气，至少每天要进行两次以上的分析； 还原炉进行 第二类是SiHCl3的含量（指氯化合成时的氯化料）分析和所含杂质 的含量（指氯化合成时的氯化料） 第二类是 的分析（主要指粗馏、精馏的产品以及进入还原炉前的SiHCl3）； 的分析（主要指粗馏、精馏的产品以及进入还原炉前的 第三类是对所使用的纯水和去离子水的分析。 第三类是对所使用的纯水和去离子水的分析。
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二、多晶硅制备中所需检测的内容（1） 多晶硅制备中所需检测的内容（ ）
1、多晶硅的外观检测: 、多晶硅的外观检测
多晶硅的外观检测主要是目测，它包括三个方面的内容： 多晶硅的外观检测主要是目测，它包括三个方面的内容： 一是硅棒表面结晶的致密程度。一般说来，要求硅棒表面结晶致密， 一是硅棒表面结晶的致密程度。一般说来，要求硅棒表面结晶致密，最好不 要有大的包块或明显的凹凸不平出现。表面过于粗糙， 要有大的包块或明显的凹凸不平出现。表面过于粗糙，在沟槽处容易藏匿杂 在今后的腐蚀、清洗时不易除去。无论是用于FZ还是 单晶生长， 还是CZ单晶生长 质，在今后的腐蚀、清洗时不易除去。无论是用于 还是 单晶生长，都希 望硅棒的表面结晶致密、均匀。 望硅棒的表面结晶致密、均匀。 二是硅棒的色泽。正常情况下，高纯度多晶硅是呈银灰色、有金属光泽的， 二是硅棒的色泽。正常情况下，高纯度多晶硅是呈银灰色、有金属光泽的， 无论是表面还是内部若出现其它色泽，如出现黑斑或黄斑， 无论是表面还是内部若出现其它色泽，如出现黑斑或黄斑，都说明它受到了 玷污。 玷污。 三是观测其断面有无夹层。 三是观测其断面有无夹层。正常生长的多晶硅的断面是从中心向外散射的结 晶状的，如果在断面上出现一个或几个同心园分布状的话，则说明有夹层。 晶状的，如果在断面上出现一个或几个同心园分布状的话，则说明有夹层。 这种夹层有两类：一类是温度夹层（这类夹层只是结晶的细密程度不一样， 这种夹层有两类：一类是温度夹层（这类夹层只是结晶的细密程度不一样， 而没有色泽的变化），另一类是氧化夹层（ ），另一类是氧化夹层 而没有色泽的变化），另一类是氧化夹层（这类夹层里有明显的黑色或黄色 色斑），无论那类夹层对后续的使用都会带来不利的影响。 ），无论那类夹层对后续的使用都会带来不利的影响 色斑），无论那类夹层对后续的使用备中的化学分析
1、气体分析 、 2、纯水分析 、 3、SiHCl3的含量及杂质分析 、
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一、多晶硅制备中理化检测的意义
■ 多晶硅制备中的理化检测，特别是在线的化学分析，是多晶硅制备时 多晶硅制备中的理化检测，特别是在线的化学分析， 的眼睛，为了保证最终产品的质量，这种检测和分析是不可或缺的。 的眼睛，为了保证最终产品的质量，这种检测和分析是不可或缺的。 ■ 高纯度多晶硅是用于制备电力电子元件、大规模集成电路和太阳能光 高纯度多晶硅是用于制备电力电子元件、 伏电池的基础原料，多晶硅质量的好坏直接影响这些后续产品的质量， 伏电池的基础原料，多晶硅质量的好坏直接影响这些后续产品的质量， 作为多晶硅制造商必须确保自身产品高质量。 作为多晶硅制造商必须确保自身产品高质量。 ■ 我们所制备的高纯度多晶硅的纯度大多在 ～9个“9”的纯度，所使 我们所制备的高纯度多晶硅的纯度大多在7～ 个 ”的纯度， 用的 原料、试剂、设备、设施的任何不洁，都将给最终产品带来污染， 原料、试剂、设备、设施的任何不洁，都将给最终产品带来污染，因 此我们必须随时知道生产产品的所有原料、接触最终产品的所有试剂、 此我们必须随时知道生产产品的所有原料、接触最终产品的所有试剂、 设备、设施所达到的洁净程度。我们所使用的各种检测、 设备、设施所达到的洁净程度。我们所使用的各种检测、分析都是为 此目的而进行的。 此目的而进行的。
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三、多晶硅制备中的物理检测（1） 多晶硅制备中的物理检测（ ）
1、工业硅中杂质含量的测定： 、工业硅中杂质含量的测定： 如果多晶硅生产厂自制SiHCl3的话，就要用到市售的工业硅粉， 的话，就要用到市售的工业硅粉， 如果多晶硅生产厂自制 我们必须对其进行杂质含量的分析。 我们必须对其进行杂质含量的分析。 市售的工业硅粉一般标有特级或A级 其中硅的含量大约在97～ 市售的工业硅粉一般标有特级或 级，其中硅的含量大约在 ～ 99％，所含杂质有：Fe、Al、Ca、Mg、Cu、C、Co、Mo、Ni、 ％，所含杂质有 ％，所含杂质有： 、 、 、 、 、 、 、 、 、 Zi、B、P等，我们希望所用硅粉里的杂质含量在 以下， 、 、 等 我们希望所用硅粉里的杂质含量在100ppm以下， 以下 其中C、 、 最好在 最好在10ppm以下。这样可以减轻以后提纯的压力。 以下。 其中 、B、P最好在 以下 这样可以减轻以后提纯的压力。 为了保证我们每次制得的SiHCl3的纯度，我们对每次投入的硅 的纯度， 为了保证我们每次制得的 粉都的进行杂质含量的分析，发现异常时就必须更换原料。 粉都的进行杂质含量的分析，发现异常时就必须更换原料。 我们常用原子吸收光谱来分析硅粉，这是既快捷简便， 我们常用原子吸收光谱来分析硅粉，这是既快捷简便，又可一 次性获得所需杂质含量的检测方式。 次性获得所需杂质含量的检测方式。 下页的列表是用原子吸收光谱测得的硅粉中的各种杂质的百分 含量数。 含量数。
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三、多晶硅制备中的物理检测（2） 多晶硅制备中的物理检测（ ）
2、多晶硅的基磷测定： 、多晶硅的基磷测定： 所谓多晶硅的基磷测定是指测试我们生产的多晶硅中原始含磷量的 多少，根据下面介绍的测试方法，其实质是测得的多晶硅中Ⅴ 多少，根据下面介绍的测试方法，其实质是测得的多晶硅中Ⅴ族杂质 的含量。具体的测试方法是： 的含量。具体的测试方法是： 从多晶硅产品距根部10～ 处钻取Φ12～15mm的细硅棒 ～3支， 的细硅棒2～ 支 从多晶硅产品距根部 ～15cm处钻取 处钻取 ～ 的细硅棒 经腐蚀、清洗、烘干后装入区熔检验炉内在氩气氛下拉成单晶， 经腐蚀、清洗、烘干后装入区熔检验炉内在氩气氛下拉成单晶，取出 测试其电阻率，正常情况下应显示为N型 因为通常情况下， 测试其电阻率，正常情况下应显示为 型（因为通常情况下，新生成 的多晶硅中的磷含量高于硼含量）。将测得的N型电阻率经计算扣去 ）。将测得的 的多晶硅中的磷含量高于硼含量）。将测得的 型电阻率经计算扣去 硼补偿后所得到的电阻率值就是该产品的基磷电阻率值。 硼补偿后所得到的电阻率值就是该产品的基磷电阻率值。这一数值对 后续的拉晶或浇铸硅都很重要，所以多晶硅生产者一定要精心检测， 后续的拉晶或浇铸硅都很重要，所以多晶硅生产者一定要精心检测， 确保其数值的准确可靠。 确保其数值的准确可靠。 归纳起来，多晶硅的基磷检测要经历如下几道程序： 归纳起来，多晶硅的基磷检测要经历如下几道程序： 钻芯取样→腐蚀 清洗、烘干→区熔炉内拉成单晶 腐蚀、 区熔炉内拉成单晶→测试型号和 钻芯取样 腐蚀、清洗、烘干 区熔炉内拉成单晶 测试型号和 电阻率→查表计算扣减硼补偿 查表计算扣减硼补偿→得到基磷电阻率值 电阻率 查表计算扣减硼补偿 得到基磷电阻率值
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三、多晶硅制备中的物理检测（3） 多晶硅制备中的物理检测（ ）
3、多晶硅的基硼测定： 、多晶硅的基硼测定： 所谓多晶硅的基硼测定， 所谓多晶硅的基硼测定，是指测试我们生产的多晶硅中的硼含量的 多少，根据测试方法得知，实际上是测试多晶硅中Ⅲ族元素的含量。 多少，根据测试方法得知，实际上是测试多晶硅中Ⅲ族元素的含量。 具体的测试方法如下： 具体的测试方法如下： 将上面钻取的细硅棒装入区熔检验炉内， 将上面钻取的细硅棒装入区熔检验炉内，在10－5τ的高真空下连续 的高真空下连续 进行15～ 次区熔提纯 其目的是赶净多晶棒内残存的磷及Ⅴ族杂质， 次区熔提纯， 进行 ～20次区熔提纯，其目的是赶净多晶棒内残存的磷及Ⅴ族杂质， 然后拉成单晶，取出后测试其型号和电阻率。此时因为磷及Ⅴ 然后拉成单晶，取出后测试其型号和电阻率。此时因为磷及Ⅴ族杂质 已通过真空区熔提纯，晶体内主要为硼及Ⅲ族杂质， 已通过真空区熔提纯，晶体内主要为硼及Ⅲ族杂质，所以单晶应显示 P型，测得此时的电阻率基本就代表了该产品的基硼含量。 型 测得此时的电阻率基本就代表了该产品的基硼含量。 归纳起来，多晶硅的基硼检测要经历如下几道程序： 归纳起来，多晶硅的基硼检测要经历如下几道程序： 钻芯取样→腐蚀 清洗、烘干→在高真空区熔炉内提纯 腐蚀、 在高真空区熔炉内提纯15～ 次 钻芯取样 腐蚀、清洗、烘干 在高真空区熔炉内提纯 ～20次 后拉成单晶→测试型号和电阻率 测试型号和电阻率→得到基硼电阻率值 后拉成单晶 测试型号和电阻率 得到基硼电阻率值
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目录
一、多晶硅制备中理化检测的意义 二、多晶硅制备中所需检测的内容
1、多晶硅的外观检测 2、物理检测 3、化学分析
三、多晶硅制备中的物理检测
1、工业硅中杂质含量的测定 2、多晶硅的基磷测定 3、多晶硅的基硼测定 多晶硅的氧、 4、多晶硅的氧、碳含量测定 5、多晶硅的金属杂质含量测定
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的杂质含量（％） 表1、用原子吸收光谱测得的经气体净化后的 、用原子吸收光谱测得的经气体净化后的MG-Si的杂质含量（％） 的杂质含量
杂质种类 Al B Ca Cr Fe Mn Ni Ti V Ag,As,Ba,Cu,B i,Cd,Mg,Mo P,Pb,Sb,Sn, Zn,Zr等 氯气净化后的浓度（%） 0.2 ＜0.002 ＜0.005 0.034 0.46 0.025 0.017 0.035 0.032 ＜0.05～0.001％ 氧气净化后的浓度（％） 0.45 ＜0.002 0.007 0.03 0.65 0.024 0.015 0.045 0.024 ＜0.05～0.001％
与世界和中国太阳能光伏产业一起起飞
阿特斯
2007年7月
李 本 成
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多晶硅制备中的理化检测
李 本 成
2007－7－16 － －
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