单晶检测

单晶硅检测2018-12-051培训内容硅单晶基础知识单晶检测中照嬗变-热处理2硅单晶基础知识•元素——构成自然界中一切实在物体的最简单的组成部分无论在我国古代的哲学中还是在印度或西方的古代哲学中，都把元素看作是抽象的、原始精神的一种表现形式，或是物质所具有的基本性质。——百度百科3硅单晶基础知识4硅单晶基础知识•导体——导电•绝缘体——不导电•半导体——导电能力介于导体与绝缘体之间•半导体材料——是一类具有半导体性能（导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内）、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料5硅单晶基础知识半导体除了导电能力与导体和绝缘体有所不同以外其对温度敏感——度愈高其导电能力愈强，利用这一特性可制造半导体热敏器件。对光照敏感——半导体导电能力随光照影响而变化光照愈强其导电能力愈强，利用这一特性可制造半导体光敏器件。掺杂后导电能力剧增——在纯净的半导体中掺入微量的杂质（指其它元素），其导电能力会大大增加利用这一特性，半导体可做成各种不同用途的半导体器件。6硅单晶基础知识半导体材料元素半导体——锗（Ge）、硅（Si）、硒（Se）无机化合物半导体——砷化镓（GaAs）有机化合物半导体——萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物非晶态与液态半导体7硅单晶基础知识8硅单晶基础知识914Si硅3S23P228.09硅单晶基础知识•自然界地壳中元素含量10氧硅铝铁钙钠钾镁其他26.3%Si硅单晶基础知识•有无定形硅和晶体硅两种同素异形体。晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色，•密度2.33克/立方厘米，熔点1410℃，沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体，立方金刚石型。硬而有金属光泽。•不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。11硅单晶基础知识金属硅•98%-99.99%太阳能级•小数点后6个9电子级•小数点后12个912√硅单晶基础知识形状粉末颗粒块状棒状13√Si硅单晶基础知识•纯净的单晶硅是半导体，依靠？导电。•纯净的单晶硅，依靠自身电子导电——本征单晶硅•本征单晶中电子和空穴总是成对出现，且数量相等。14电子电子空穴光照硅单晶基础知识•当单晶硅中掺入其他元素时•单晶硅中电子数量大于空穴数量。依靠电子导电——N型单晶15SiP取代P电子硅单晶基础知识•当单晶硅中掺入其他元素时•单晶硅中空穴数量大于电子数量。依靠空穴导电——P型单晶16SiB取代B空穴硅单晶基础知识单晶硅N型单晶本征N型杂质N型P型单晶17硅单晶基础知识•本征单晶硅——N型、电阻率1000Ω·cm—3000Ω·cm和3000Ω·cm—8000Ω·cm•杂质N型——掺杂N型杂质磷元素（P）等•杂质P型——掺杂P型杂质硼元素（B）等18硅单晶基础知识19思考：有本征P型单晶吗硅单晶基础知识•单晶掺杂方式I.原料掺杂——N型或者P型I.气相掺杂——N型或者P型II.中子嬗变——N型20硅单晶基础知识•什么是单晶？所谓单晶(monocrystal,monocrystalline,singlecrystal)，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。——百度百科单晶性质：均匀性、各向异性、固定熔点、规则外形、对称性等21硅单晶基础知识•晶向——通过晶体中原子中心的不同方向的原子列（100/111）。反应单晶表面就是棱线、包线。•晶向偏离度——晶体的轴与晶体方向不吻合时，其偏离的角度。•位错——晶体材料的一种内部微观缺陷（点、线、面、螺旋）。单晶表面能看到的就是断棱、断包、位错线。•等等22硅单晶基础知识•怎么样加工单晶？•直拉（CZ）/区熔法（FZ）23方法直拉法区熔法设备直拉炉区熔炉原料粉末、颗粒、块圆柱状产品用途太阳能电子电子硅单晶基础知识单晶生长24尾头原料单晶线圈区熔单晶检测2017.05.3125内容回顾一．什么是半导体、半导体材料二．硅元素、硅的物理化学性能三．本征单晶硅、杂质单晶硅四．什么是单晶、定义、性质26区熔单晶检测27多晶硅原料•检测：纯度、杂质、弯度、夹层等•加工：滚磨、刻槽、磨锥、清洗•用途：采用区熔法拉制单晶长棒单晶长棒•检测：直径、长度、重量、位错线、N/P型、轴向电阻率•加工：切断•用途：切取单晶短棒、单晶样片、销售单晶短棒•检测：切断面N/P型、径向电阻率、少子寿命（样片测：径向电阻率、氧碳含量、微缺陷）•加工：滚磨、清洗•用途：切片、销售、本征单晶中照硅片•检测：径向电阻率、厚度、翘曲、弯曲、倒角、参考面长度等•加工：研磨、抛光•用途：销售区熔单晶检测•检测标准：•GB/T14844-93半导体材料牌号表示方法•GB/T12962-2005单晶硅•GB/T11073-2007硅片径向电阻率变化的测量方法•GB/T14140-2009硅片直径测量方法•GB/T4061-2009多晶硅断面夹层化学腐蚀检验方法•GB/T4058-2009硅抛光片氧化诱生缺陷的检验方法•GB/T1550-1997非本征半导体材料导电类型测试方法28区熔单晶检测•检测标准：•GB/T1551-2009硅单晶电阻率测定方法•GB/T1553-2009硅和锗内少数载流子寿命测定光电导衰减法•GB/T1554-2009硅晶体完整性化学择优腐蚀检验方法•GB/T1557-2006硅晶体中间隙氧含量的红外吸收测量方法•GB/T1558-2009硅晶体代位碳原子含量的红外吸收测量方法•GB/T1555-2009半导体单晶晶向测定方法29区熔单晶检测•设备：电阻率测试仪、导电型号测试仪、氧碳含量测试仪、少子寿命测试仪、X射线定向仪、金相显微镜•测量项目：直径、轴向电阻率、径向电阻率、导电型号、氧碳含量、少子寿命、定向、微缺陷。30区熔单晶检测•原料编号含义C-2310587-03原料厂家出厂批次号序号31区熔单晶检测•单晶编号含义G400818015F410618050-1F6311418098-1(2)32单晶拉制方式F代表本征单晶G代表气掺单晶第2位（或者非标单晶第2、3位）代表单晶拉制尺寸。单位：英寸（非标为毫米）第3位代表单晶晶向：0为100、1为111、2为110第4、5位代表单晶生产的设备编号第6、7位代表单晶生产的年份第7、8、9位代表同一台炉同一年单晶生产顺序号第10位代表同一原料一次拉制出单晶段数第11位代表同一单晶切出的段数序号区熔单晶检测•直径检测——使用工具：游标卡尺精度0.01mm33区熔单晶检测•游标卡尺使用注意事项：1.使用前先看零点，数显卡尺要归零；2.用力要轻，大力会使测量爪变形；3.测量位置非包线非棱线的直径；4.注意保护测量爪。5.出厂检验数据必须使用经有资质单位检定合格且在有效期内的卡尺测量。34区熔单晶检测•思考：头部划线位置在哪里？转肩后，直径合格，电阻率合格，导电型号合格，无位错尾部划线位置在哪里？收尾位置，直径合格，电阻率合格，导电型号合格，无位错35区熔单晶检测反位错：断棱后从断棱处向单晶头部反一个直径的长度画切割线。•思考：按晶体表面最早出现位错线的位置划线切断能保证无位错吗？不能！因为单晶表面的位错线是位错在晶体表面滑移产生的，位错在单晶内部可能移动了更长的距离。长度不会超过单晶的直径。36区熔单晶检测•单晶硅理论重量——单晶硅按成品直径、长度计算的重量成品直径——最终切片分割前的直径（一般要求、客户要求）长度——垂直于晶体轴的两端面间的最短距离37拉制直径成品直径有效长度区熔单晶检测38直径（英寸）硅片直径（mm）检测直径（mm）376.2794100103512512861501538200202单晶检测直径区熔单晶检测举例：某单晶短棒，有效长度112mm，生产直径154mm，测量直径最大156mm、最小154mm，中照滚磨后直径152mm，计算有效重量。•理论重量不等于实际重量，与实际重量比较有可能大，也有可能小。39ρ×πr2×L=2.33×(3.14×(150/2)2)÷1000×112N/P型检测•单晶导电型号（N/P型）判断掺杂物类型•使用仪器：STY-3导电型号测试仪广州昆德40P/N型检测•测试方法：–整流法电阻率＞1Ω·cm–冷热笔法电阻率＜1000Ω·cm41P/N型检测•使用方法GB/T1550-1997•对要测量位置打磨，测量面尽可能平整，去除氧化层后，将探头压到测量位置，看指示灯和检流计，判断单晶型号。•测量位置：长棒——表皮一条直线，非棱线非包线。短棒——端面中心点边缘四点。42电阻率检测•电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量•使用仪器：KDY-1型四探针电阻率/方阻测试仪•测量范围0.0001-19000Ωㆍcm43电阻率检测•探针间距S=1mm44电阻率检测使用方法被测物表面必须清洁经过打磨，不能有刀痕且不能为抛光面。被测物温度在23℃左右最佳。将探针垂直压到表面后，根据被测物厚度调节测量档位和电流值。45电阻率检测•电阻率检测方法：GB/T11073-2007•四种方法46ABCDr/26mm123456123456125637891042mm30°30°30°30°电阻率检测•径向电阻率变化（RRV）计算•A、B、C方案•D方案47电阻率检测•简单计算48边一R/2一中心1R/2二边二边三R/2三中心2R/2四边四TN16001-1头237.6229.7237.4222.5240.8238.5241.9238.8237.3244.3尾244.1243.4239.4236.4244.7247.6240.2231.3231.6239.3头：（244.3-222.5）/222.5*100%=9.80%尾：（247.6-231.3）/231.3*100%=7.05%电阻率检测可测范围：可测电阻率范围为0.0001-19000Ωㆍcm可测方块电阻范围为0.001-190000Ω•□影响电阻率的因素温度测试温度要求23±2℃（被测样品、室温）湿度60%以下测试电流电磁场干扰表面粗糙度研磨片腐蚀片厚度变化被测物体几何形状探针压力、针间距等49电阻率检测•思考：单晶切断后能不能立即检测电阻率？50电阻率检测四探针测量电阻优缺点优点：量程大，能测量高阻。缺点：会接触被测物，易造成污染和破损无接触式电阻率测试仪：采用涡流法测量电阻优点：不需要接触被测物体，不会造成污染缺点：量程受限。200Ω·cm以下51电阻率检测•单晶按电阻率分类（气掺）52类别寿命（us）均匀性备注AA1≥500A、B面RRV≤15%合格A215%＜A、B面RRV≤18%BB118%＜A、B面RRV≤20%可用B220%＜A、B面RRV≤23%CC1A、B面RRV＞23%C2＜500--不可用电阻率检测•单晶按电阻率分类（本征）53类别寿命（us）型号电阻率（Ω·cm）均匀性备注AA1≥800N3000-7000≤50%合格A2超出范围BB1P/N＞10000可用B2P≥5000B3＜5000CC1----＞50%C2＜800------不可用少子寿命检测•少子：少数非平衡载流子N型单晶导电粒子是电子，电子是多子，空穴是少子P型单晶导电粒子是空穴，空穴是多子，电子是少子•少子寿命:非平衡载流子的平均生存时间称为非平衡载流子的寿命•厚度对少子寿命影响非常大，厚度大寿命高。一般来说，硅片寿命都是要求切片前晶体寿命。54少子寿命检测•测试方法：高频光电导衰减法GB/T1553-2009少数载流子寿命（体寿命）：晶体中非平衡载流子有产生到复合存在的平均时间间隔，它等于非平衡载流子浓度衰减到起始值的1/e（e=2.718）所需的时间。单位：usms1ms=1000us55少子寿命检测•使用仪器：LT-100C数字式硅晶体少子寿命测试仪广州昆德56少子寿命检测•可测电阻率：下限为0.3Ω•cm，少子寿命可测范围为0.25μs-10ms•影响少子的因素–表面复合影响–注入量–光生伏特效应–光源波长–电场–温度–杂质–晶界、位错等57少子寿命检