关于直拉单晶棒少子寿命的检测课件

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单晶硅棒检验作业指导书

单晶硅棒检验作业指导书文件编号QEO/NBYC/ZD-01-01-2010 （A/0）文件类别页码1/5编制部门品控分部编制/日期审核/日期批准/日期生效日期20 年月日修改记录版本修改内容摘要编制人审核人批准人日期A 新发布BB/1B/2发布部门份数发布部门份数□总经理部[ ] □财务部[ ] □人事行政部[ ] □设备部[ ] □市场营销部[ ] □品控部[ ] □技术工艺部[ ] □生产部[ ] 文件宣贯签字：文件名岗位作业指导文件编号（A/0）页码2/5书一、目的为指导检验员对本公司生产的直拉单晶硅棒的检测，以确定所检产品是否达到品质要求。

二、范围适用于本公司生产的直拉单晶硅棒的检测。

三、定义无四、职责4.1 品管部负责本检验作业指导书的制定、修订。

4.2 品管部检验员负责依本标准对所送产品进行检验。

五、作业内容5.1 单晶棒加工前检测5.1.1 单晶棒送检确认5.1.1.1 确认所送检的单晶棒是否编号正确，是否附有晶棒随工单，且晶棒随工单的信息是否准确和完全。

5.1.2 直径检测5.1.2.1 从晶棒尾部起，每间隔400mm测量一次，并测量头部终点处直径。

5.1.2.2 用长爪游标卡尺（精度≥0.02mm）测量单晶硅棒的直径，并把测量结果记录在《单晶硅棒检验记录表》上。

5.1.2.3 对于晶棒直径低于标准范围区域，则在晶棒上作标记，用卷尺测量不符合标准的晶棒长度，并把不符合标准的长度记录在《单晶硅棒检验记录表》和晶棒随工单上。

5.1.3P/N导电类型检测5.1.3.1 从晶棒尾部起，每间隔400mm测一点。

5.1.3.2 用P/N型测试仪检测P/N导电类型，并把测量结果记录在《单晶硅棒检验记录表》和随工单上。

5.1.3.3 如存在N型，则在晶棒上作标记，用卷尺测量N型硅棒长度，并把不符合标准的长度记录在《单晶硅棒检验记录表》和晶棒随工单上。

5.1.4 纵向电阻率检测文件名岗位作业指导文件编号（A/0）页码3/5书5.1.4.1 从晶棒尾部起，每间隔400mm测一点，并需对测量点进行打磨后再测。

单晶硅制备直拉法ppt课件

拉晶过程中的保护气流
3
2、利用热场形成温度梯度
热场是由高纯石墨部件和保温材料（碳毡）组成。
石墨加热器：产生热量，熔化多晶硅原料，并保持熔融硅状态；
单晶热场温度分布
石墨部件：形成氩气流道，并隔离开保温材料；
保温材料：保持热量，为硅熔液提供合
4
适的温度梯度。
3 单晶炉提供减压气氛保护、机械运动和自动控制系统
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直拉生长工艺
⑤晶颈生长引晶温度的判断：在1400℃熔硅与石英反应生成SiO，可借助其反应速率
即SiO排放的速率来判断熔硅的温度。具体来讲，就是观察坩埚壁处液面的起伏情况来判断
熔硅的温度。温度偏高，液体频繁地爬上埚壁又急剧下落，埚边液
面起伏剧烈；温度偏低，埚边液面较平静，起伏很微；温度适当，埚边液面缓慢爬上埚壁又缓慢下落。
减压气氛保护：通过上炉筒、副室、炉盖、主炉
室和下炉室形成减压气氛保持系统。机械运动：
通过提拉头和坩埚运动系统提供晶转、晶升、埚转、埚升系统。自动控制系统
通过相机测径、测温孔测温、自动柜控制组成单晶拉制自动控制系统。
5
6
7
8
直拉生长工艺
Cz法的基本设备 cz法的基本设备有:炉体、晶体及坩埚的升降和传动部分、电器控制部分和气体制部分，此外还有热场的配置。
下到上逐一对中，对中时决不可使加热器变形。
31

4、装料
装料基本步骤
底部铺碎料
大块料铺一层
用边角或小块料填缝
装一些大一点的料
最上面的料和坩埚点接触，防止挂边
严禁出现大块料挤坩埚情况
32
直拉生长工艺
③抽空
装完炉后，将炉子封闭，启动机械真空泵抽空。

单晶6寸晶棒检验标准

容量频率
外观无孪晶、
无断棱、
无硬伤、
无裂纹、
崩边≤3mm目测100%全检每根
单晶硅棒
检验标准
不合格处
切除
直径6寸直径≥
153mm
游标卡尺
精度
0.02mm100%全检每根
单晶硅棒
检验标准
不合格处
切除
无位错长
度去掉位错
和直径偏
小
卷尺精度
1mm100%全检每根
单晶硅棒
检验标准
不合格处
切除，小
于100mm报
废
电阻电阻率：
1-3Ω.cm
MS203多功
能晶片测
试仪100%每根
单晶硅棒
检验标准电阻率
C、O含量C含量小于
5ppma、O
含量小于
20ppma
Nicolet67
00傅叶变
换红外光
谱仪100%每根
单晶硅棒
检验标准
不合格反
切
少子寿命少子寿命
大于
10ppma
WT-2000少
子寿命测
试仪100%每根
单晶硅棒
检验标准
不合格反
切
极性P型半导体极
性仪100%每根
单晶硅棒
检验标准
不合格拒
绝接收
径向电阻
率变化≤15%100%每根单晶硅棒
检验标准
不合格拒
绝接收
位错密度<3000个
/cm2100%每根
单晶硅棒
检验标准
不合格拒
绝接收
特性
反应计划
项目产品/过程
规范/公差
评价测量
技术
样本
控制方法。

实验四、单晶寿命测量

实验四高频光电导衰减法测量硅（锗）单晶少子寿命少子寿命是少数载流子的平均生存时间，本实验的目的是使学生更深入地理解高频光电导衰减法测少子寿命的原理，并掌握测试方法。

一、实验原理１、高频光电导法的测试原理（l）装置高频光电导测试装置如图２.１所示。

它主要由光学和电学两大部分组成。

光学系统主要是脉冲光源系统。

充电到几千伏的电容器，用脉冲触发，．通过氙气灯放电，给出余辉时间小于10ps 的光脉冲（1 次／ｓ）。

经光栏、聚光镜、滤波片发射于样品。

这种光源，光强强频谱丰富，能为硅、锗提供本征吸收边附近的有效激发光（硅是1．1ps，锗是1．7ps）在样品厚度范围内产生分布均匀的非平衡载流子。

但其中短波强吸收光只在前表面处产生非平衡载流子。

而它们会在表面复合掉。

故高、中阻样品要用硅或锗滤光片滤去短波强吸收光，以减小表面效应。

光源光强由氙灯直流高压、光栏和滤光片（厚0．5～2 mm）联合调节，并能在很宽范围内改变，以适应不同阻值的小信号测试要求。

对于τ＜１０μｓ者用余辉时间小于lμｓ的红外脉冲光源（３次／ｓ及３０次／ｓ），其光强由发光管电压调节。

电学系统主要有30ＭＨｚ的高频电源、宽频带前置放大厦，以及显示测试信号的脉冲示波器等。

测量要求高频源内阻小且恒压，放大系统灵敏空高、线性好，且示波器要有一标准的时间基线。

（2）取样显示30ＭＨｚ的高频源送出等幅的３０ＭＨｚ正弦波，经耦合电极耦合至单晶样品，在其中产生同频率的高频电流0sin i I t ω=式中I ０为无光照时样品中高频电流的幅值；ω为频率。

此高频电流由另一同样的电极耦合到检测电路的取样电阻R ２支路中。

当脉冲光以小注人条件照射样品时，产生了非平衡载流子，使电导率增加，因高频源为恒压输出，故样品中高频电流的幅值增加ΔＩ，以致光照时样品中的高频电流是0()sin i I I t ω=+Δ光照间隙，样品中非平衡载流子因复合按指数规律衰减，高频电流幅值及在 R ２上的取样信号v 的幅值亦按同样规律衰退，即0(exp(/))sin f i I I t t τω=+Δ−0(exp(/))sin f v V V t t τω=+Δ−式中V O 为无光照时R ２上的的等幅高频电压幅值; ΔV 为光照后R ２上电压幅值的增量。

太阳级硅材料少子寿命测试技术与仪器_图文_图文

- 少子寿命测试的方法
• 测量方法都包括非平衡载流子的注入和检测两个基本方面。最常用的注入方法是光注入和电注入，而检测非平衡载流子的方法很多，如探测电导率的变化，探测微波反射或透射信号的变化等，这样组合就形成了许多寿命测试方法, 如: 直流光电导衰减; 高频光电导衰减; 表面光电压; 微波光电导衰减等
trapping effects. Measurement of bulk lifetime is only possible with bias light due to surface damages introduced during nitride film deposition.
Lifetime measurement on nitrid coated samples
多功能扫描系统，可选配：
u-PCD / carrier lifetime （少子寿命） SPV / diffusion length （扩散长度） LBIC / photovoltaic response （光诱导电流） bias light for all aboves （各种偏置光） reflectance / efficiency loss （反射率测试） eddy current resistivity （电阻率测试） thickness and thickness variation （厚度测试） Non-contact sheet resistance （方块电阻测试)
acts like natural sunlight and provides investigation of carrier lifetime under working conditions.
In case of nitrid passivated silicon wafers bias light is necessary for compensating

直拉硅单晶工艺简介讲课讲稿

5、待液面结晶30分钟后，将坩埚升至最高位。
单台炉局部断电
一、电源柜断电现象：加热器没有功率（其他如氩气、埚转、晶转等正常）处理方法：
1、将电源柜上控调为内控
2、启动运行按钮
3、调节功率旋钮
1、通知当班电工检修。 2、若内控也无法启动加热器迅速通知当班电工检修。若短时间无法修复，告知操作工停炉。
直拉硅单晶工艺简介
等径
目的：保持设定的直径尺寸拉晶 • 转肩完成直径控制稳定后可进入等径状态，进入等径状态时，将
CCD监控摄像头调节到最佳状态及检查埚跟随动等各参数无误后投入等径自动控制。 • 经常观察坩埚上升速度和晶升速度是否正确。埚升太快液面容易碰到Байду номын сангаас流筒，晶升太快晶体容易变形。 • 拉晶过程中要求每隔15分钟对炉内巡视一次，确定有无异常，并每一个小时做一次拉晶记录。
直拉硅单晶工艺简介
直拉硅单晶工艺简介
稳定
• 设定引晶所需温度及坩埚转速并进行稳定 • 根据光环情况确定温度稳定情况 • 反复几次试温找到最佳引颈温度并记录下来引颈功率等参数。
直拉硅单晶工艺简介
引晶
• 籽晶与熔体接触后，等1-2分钟有光环出现且棱线有逐渐变大趋势。其时温度适合缩颈。
• 缩颈拉速最好控制在3-6mm/min之间，引颈直径控制在3mm左右，不宜过粗，过细，尽量保持平滑。
单炉整体断电UPS供电
现象：1、报警灯闪烁与报警声。 2、加热器电源关闭。 3、操作界面显示正常 4、电源恢复后，报警停止。
处理方法：1、操作界面上的晶升，埚降。使晶棒脱离。 2、关闭氩气。保压 3、通知当班电工检修，若是总开关跳闸通知配电房人员送闸，恢复供电。操作工恢复单晶炉的正常操作。 4、无法短时间(30分钟）恢复供电，通知操作工停炉。

直拉硅单晶工艺简介PPT.

直拉硅单晶工艺简介
化料
• 在一定的功率（在规定的时间内从低到高慢慢提升，直到化料要求功率）和一定的埚位下使硅料熔化
-
中心位置
加热器温度最高点
中心位置
加热器温度最高点
• 在表面硅料全部熔化后，不可将坩埚的位置升的太高，须保证液面至导流筒的距离有2- 3cm，防止石英坩埚底部硅料翻出时碰到导流筒使导流筒粘硅。
异常处理
掉棒
产生原因一、籽晶断
二、籽晶绳
1、籽晶熔接 2、籽晶氧化 3、籽晶夹具 1、籽晶绳氧化 2、籽晶绳毛刺
异常处理
该情况可能会直接导致石英埚破裂引发漏硅事件。该情况发现应注意以下几点:
一、晶棒过长，停炉处理
角度放大。 • 当放肩直径接近加工要求的直径时，须多次测量，如放肩速度过快，
在直径比预定直径小10mm左右进入转肩状态。如放肩较慢，可在直径比预定直径小5mm左右进入转肩状目标直径后提高拉速使之纵向生长 • 根据单晶炉性能，转肩可自动或手动，自动单晶炉将晶体生长控制程
等径
1、等径时，晶转、埚转、氩气流量、炉内压及平均拉速值。 2、等径时，埚跟比随剩余重量变化而变化。
收尾
1、自动收尾时，晶升变化根据收率表来变化还是根据指数表变化。
2、收尾时，启时拉速是当时的平均拉速还是设定个拉速。
收尾斜率表，内设定了收尾时的晶升、埚转、晶转、氩气流量及炉内压力。 2、温度变化根据长度
序启动到“转肩”状态即可。手动单晶炉将晶升速度开到2-3mm/min。测量并观察晶体生长情况。 • 转肩时根据实际情况可适当提高或降低拉速，同时也可降低或上升温度设定点。但拉速不宜调整太快或太高，否则可能会造成转肩掉棱。
直拉硅单晶工艺简介

太阳级硅材料少子寿命测试技术与仪器PPT学习教案

The use of bias light (continuous halogen lamp illumination) in solar cell measurement
acts like natural sunlight and provides investigation of carrier lifetime under working conditions.
60
58
56 l=980nm
54
52
51.0%
63.5%
2.6ms
4.3ms
50
2.5
2.7
2.9
3.1
3.3
3.5
3.7
3.9
4.1
4.3
Lifetime [µs]
第10页/共17页
- 少子寿命对转化效率的影响
Effective lifetime has a direct influence on solar cell efficiency. If the effective lifetime is large enough than efficiency is larger for smaller surface recombination velocity (Sn).
d2
2D
S1, S2: 两个表面的复合速率
d:ห้องสมุดไป่ตู้
样品厚度
D:
扩散系数
第5页/共17页
样品表面钝化方法介绍
1、化学钝化－碘酒法
- HF (5%)+ HNO3(95%) 去除表面损伤层 - 样品如放置较长时间，需HF 去除表面自然氧化层 - 样品用碘酒(0.2-5%)浸泡在塑料袋中测试

直拉法单晶制造中的直径检测(直拉法单晶制造中的直径检测技术)

直拉法单晶制造中的直径检测技术1引言近年来，特别是进入21世纪，国内半导体工业蓬勃发展。

其最重要的基本材料——硅单晶需求量迅猛增加，占据了举足轻重的地位[5]。

各地兴建单晶厂和单晶硅片生产线的报道一直不绝于耳。

随着单晶硅片制造向200～300mm大直径化发展，直拉法在单晶制造中越来越显示出其主导地位，相应的直径检测技术也在向适应大直径化发展。

2直拉法单晶制造技术直拉单晶制造法（Czochralski，CZ法）是把原料多硅晶块放入石英坩埚中，在单晶炉中加热融化，再将一根直径只有10mm的棒状晶种（称籽晶）浸入融液中（图1）。

在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，成为单晶体。

把晶种微微的旋转向上提升，融液中的硅原子会在前面形成的单晶体上继续结晶，并延续其规则的原子排列结构。

若整个结晶环境稳定，就可以周而复始的形成结晶，最后形成一根圆柱形的原子排列整齐的硅单晶晶体，即硅单晶锭。

当结晶加快时，晶体直径会变粗，提高升速可以使直径变细，增加温度能抑制结晶速度。

反之，若结晶变慢，直径变细，则通过降低拉速和降温去控制。

拉晶开始，先引出一定长度，直径为3～5mm的细颈，以消除结晶位错，这个过程叫做引晶。

然后放大单晶体直径至工艺要求，进入等径阶段，直至大部分硅融液都结晶成单晶锭，只剩下少量剩料。

控制直径，保证晶体等径生长是单晶制造的重要环节。

硅的熔点约为1450℃，拉晶过程始终保持在高温负压的环境中进行。

直径检测必须隔着观察窗在拉晶炉体外部非接触式实现。

拉晶过程中，固态晶体与液态融液的交界处会形成一个明亮的光环，亮度很高，称为光圈。

它其实是固液交界面处的弯月面对坩埚壁亮光的反射。

当晶体变粗时，光圈直径变大，反之则变小。

通过对光圈直径变化的检测，可以反映出单晶直径的变化情况。

自动直径检测就是基于这个原理发展起来的。

3 Ircon直径检测系统Ircon系统是早期的直径检测技术。

2.高频光电导衰减法测量硅单晶少子寿命概要.

实验2 高频光电导衰退法测量硅单晶少子寿命1．实验目的掌握一种测量硅单晶少子寿命的方法。

2．实验内容用高频光电导衰退法测量硅单晶棒或单晶片的少子寿命。

3．实验原理3.1 直流光电导衰退法直流光电导衰退法是根据恒定电流作用下半导体样品的光电导随时间衰减的特性来测量少子寿命的。

其测试简图见图1 。

图中，R 是被测半导体样品的体电阻，E 是直流电源，R C 是测试回路的限流电阻，且选择R R C >>，故可近似认为流过样品的电流I 恒定不变。

这样，用示波器记录光照停止后R两端电压随时间的变化就等同于记录R 随时间的变化，实际上也就是记录半导体中非平衡载流子浓度随时间的衰减的曲线，由此衰减曲线就可以得到单晶材料的少子寿命。

以N 型半导体为例，设样品暗电导率为0σ，光照下的电导率为σ，那么()100nq n μσ= ()20σσσ∆+=式（2）中，σ∆为附加光电导率。

假设光注入下非平衡载流子浓度为p n ∆∆,，若无明显的陷阱效应，近似有p n ∆=∆，所以附加光电导（σ∆）与非平衡少数载流子浓度（p ∆）之间有如下关系()()3p n pq μμσ+∆=∆ 在小注入条件下，近似有0σσ≈，故光照条件下电阻率的改变量为()411200σσσρ∆-≈-=∆相应电阻的改变量近似为()520σσρs l s l R ∆-=∆=∆式中s l ,分别为样品的长度和截面积。

将式（1）、（3）代入式（5），得到()600R n p R n p n ⋅+⋅∆-=∆μμμ式中，n q n R μ00=，它是无光照条件下半导体样品的体电阻。

于是，样品体电阻（R ）两端电压的改变量为()()7000V n p IR n p R I V n p n n p n μμμμμμ+∆-=+∆-=∆=∆把式（7）换一种写法，可以得到光照前后样品两端电压的相对变化与样品中少数载流子浓度之间的关系()80np n n p V V μμμ+∆-=∆式中V 为无光照时直流电流I 在样品上产生的电压降。

单晶硅棒检验和试验规范

使用傅立叶变换红外光谱仪进行
测量步骤
①制取试样，试样经双面研磨，两表面无刀痕、划伤，试样厚度约为2mm；
②研磨后的试样经过机械或化学抛光，使两表面呈镜面；
③ 根据仪器说明书调好光谱仪，用标准样块3校准仪器并做好校准记录；
④进入程序CEO并选定方法；采用空气参比法测定试样在1300-400cm-1 范围的差示透射谱；
⑤ 对谱图进行数据分析得出硅单晶的氧、碳原子的原子个数比（ppma）
⑥将原子个数比乘上5×1022 at /cm3转化为含量（at /cm3）
8）直径测量
硅单晶的晶锭直径用精度0.1mm单向爪0-300mm的游标卡尺测量。
1000mm-1300mm的按中间留500mm；
5、注意事项：
5.1单晶总长估计切后150mm以下作回炉处理不要切；
5.2如果靠近直径大的尽量留长度大点的；
5.3如果靠近直径大的尽量留长度大点的；
5.4然后靠近直径大的尽量留长度大点的；
6）位错检测
位错检测通过腐蚀后观察来进行判断
操作步骤：
1铬酸腐蚀液（Sirtl腐蚀液）配比
30导电类型少子寿命15电阻率范围053cm36cm电阻率均匀性6氧含量101018atcm碳含量51016atcm直径150mm端面平行度2mm端面弯曲度02mm位错密度3000cm单根棒长度150mm500mm星形结构孔洞六角网络裂纹硬伤32使用的材料要求及检验设备和常用工具测试仪器a单晶型号鉴别仪stz8b四探针测试仪szt20001使用的材料要求单晶硅棒用直拉工艺拉制
3.常用工具
游标卡尺、卷尺、划线笔
4、划分标准
4.1单晶长度先切头尾
4.2所有直径大于153mm的晶体按153mm划分；直径大于152mm的按152mm划分；直径大于151按151mm划分；直径大于150mm按150mm划分;

直拉单晶棒少子寿命的检测 (1)

数载流子。p型半导体中的空穴称之多数载流子，电子称之为少数载流子。）非平衡载流子的寿命：在没有外界作用时，所多出的非平衡载流子将要复合而消失。非平衡载流子的平均消失时间就是载流子的“复合寿命”；相反，对于缺少了载流子的半导体，将要产生出载流子，以恢复到平衡状态，这时，产生出缺少了的一部分载流子所需要的时间就是载流子的“产生寿命”。少数载流子寿命对半导体器件的影响：它与半导体中重金属杂质含量、晶体结构的完整性有直接的关系。从而影响太阳能电池的光电转化效率，晶体管的放大倍数β、开关管的开关时间等

LOGO
检测试验报告
U
试样编号测量环境温度测量电流型寿命值 2
室温 20A以下 N型材料 135μs 800
0
135
t
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logowwwthemegallerycom少数载流子寿命的测试实验实验目的理解高频光电导衰退法的基本原理掌握高频光电导衰退法测试少子寿命的操作步logo少数载流子寿命的测试实验高频光电导衰退法原理当氙光源或红外光源的脉冲光照射被测样品时单晶硅光照表面以及光贯穿深度范围内将产生非平衡光生载流子这将使得样品产生附加光电导使样品的总电阻下降
实验目的
掌握高频光电导衰退法测试少子寿命的操作步骤
理解高频光电导衰退法的基本原理

LOGO
少数载流子寿命的测试实验（高频光电导衰退法原理）
当氙光源或红外光源的脉冲光照射被测样品时，单晶硅光照表面以及光贯穿深度范围内将产生非平衡光生载流子，这将使得样品产生附加光电导，使样品的总电阻下降。当高频信号源为恒压输出时，流过样品的高频电流幅度增加 △I。由于光源是脉冲光源，因此光照消失后， △I将逐渐衰退，衰退速度将取决于光生非平衡少数载流子在晶体内存在的平均时间(即寿命τ)

少子寿命介绍PPT课件

• 影响少子寿命的因素很多：杂质、电阻率、温度、表面状态、硅片厚度等。
• 实际测量得到的是体复合和表面复合共同作用的少子寿命 • 有用的是体复合得到的体少子寿命。
第18页/共45页
体复合机制
• 1. 本征复合(直接复合) 辐射复合：电子和空穴直接复合，辐射出光子。 Auger复合：电子和空穴直接复合，激发另一电子和空穴。
EC
ED
EC
EV
N型
EA EV
P型
第6页/共45页
• P型掺杂(III族)：B、Al、Ga、In • N型掺杂(V族)：P、As、Sb • 均为浅能级杂质 • 常温下，非重掺，P型硅的空穴浓度等于P型掺杂剂浓度；N型硅的电子浓度等于N型掺杂剂浓度。
第7页/共45页
• P型硅的载流子绝大部分为空穴。空穴为多数载流子(majority carrier)，简称多子；电子为少数载流子(minority carrier)，简称少子。
第3页/共45页
能带(带、禁带宽度
• 载流子：电子(自由电子、electron)、空穴 (hole)
电子
EC
电子带负电
1.12 eV
空穴带正电
EV
空穴
第4页/共45页
掺杂
• 为得到一定的载流子浓度而掺入电活性的杂质。 • 通常P型掺杂掺B； N型掺杂掺P。
第5页/共45页
• N型硅的载流子绝大部分为电子。电子为多子，空穴为少子。
第8页/共45页
3. 非平衡载流子
• 平衡状态下，电子空穴对的产生和复合率相等。电子和空穴浓度n、p不变。
EC
产生
复合
EV
第9页/共45页
• 受外界因素(光照、载流子注入等)影响比平衡状态下多出来的载流子。