ICS 77.040 H 17 中华人民共和国国家标准 GB/T 4060—2018 代替GB/T4060—2007 硅多晶真空区熔基硼检验方法 Test method for boron content in polycrystalline silicon by vacuum zone-melting method 2019-06-01实施 2018-09-17发布 国家市场监督管理总局 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T 4060—2018 前言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准代替GB/T4060—2007《硅多晶真空区熔基硼检验方法》，与GB/T4060—2007相比，除编 辑性修改外主要技术变化如下： -增加了规范性引用文件GB/T620—2011、GB/T626—2006、GB/T11446.1—2013、GB/T25915.1- 2010（见第2章）； 修改了方法提要，将"以1.0mm/min的速度区熔提纯14次成晶后”改为“以不高于1.0mm/min 的速度多次区熔提纯后”（见第4章，2007年版的第4章）； 在干扰因素中增加了“酸洗用的器皿、酸液和去离子水纯度、腐蚀速度、腐蚀温度、样品暴露时 间都可能带来沾污，应加以控制”（见5.4）； 删除了干扰因素中关于区熔后单晶的要求、测试环境（见2007年版的5.6、5.7）； 一在试剂和材料中“p型电阻率不低于30002·cm的籽晶”修改为“籽晶应为无位错的P型 <111）高阻硅单晶，且受主杂质含量（原子数）小于2.5×1012cm-3碳含量（原子数）小于 5×1015cm-3、晶向偏离度小于5”（见6.4，2007年版的6.1)； 一在仪器设备中的"取芯设备”修改为“取芯设备，可钻出直径约为15mm～20mm且长度不小 于100mm的多晶硅样芯"[见7.1,2007年版的7a)]； 增加了两探针或四探针电阻率测试仪（见7.6）； 一增加了测试环境（见第8章）； 一在取样中“平行于硅芯钻取长180mm左右，直径为15mm～20mm左右的样芯作样品”修改 为“平行于硅芯钻取长度不小于100mm，直径为15mm20mm的样芯作样品”（见9.2，2007年 版的8.2）； 删除了“选择电阻率大于3000α·cm，碳含量小于0.2×10-，无位错，晶向偏离度小于5°的 在区熔拉晶步骤增加了“第1次与第2次提纯完成后，每次保留一个熔区长度的尾部，第3次 开始固定区熔长度”（见11.4）。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会（SAC/TC203）与全国半导体设备和材料标准 化技术委员会材料分会（SAC/TC203/SC2）共同提出并归口。 本标准起草单位：江苏中能硅业科技发展有限公司、亚洲硅业（青海）有限公司、洛阳中硅高科技有 限公司、峨嵋半导体材料研究所。 本标准主要起草人：胡伟、刘晓霞、耿全荣、鲁文锋、王桃霞、胡自强、宗冰、肖建忠、万烨、杨旭。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为： -GB/T4060—1983.GB/T4060—2007。 1 GB/T 4060—2018 硅多晶真空区熔基硼检验方法 1范围 本标准规定了多晶硅中基硼含量的测试方法。 本标准适用于在硅芯上沉积生长的多晶硅棒中基硼含量的测定。基硼含量（原子数）测定范围为 0.01X1013cm-3~5X1015cm-3。 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T620—2011 化学试剂 氢氟酸 GB/T626—2006化学试剂硝酸 GB/T 1551 硅单晶电阻率测定方法 GB/T 1554 硅晶体完整性化学择优腐蚀检验方法 GB/T 1555 半导体单晶晶向测定方法 GB/T11446.1—2013电子级水 GB/T13389 掺硼掺磷掺砷硅单晶电阻率与掺杂剂浓度换算规程 GB/T14264 半导体材料术语 GB/T25915.1一2010洁净室及相关受控环境 第1部分：空气洁净度等级 3 术语和定义 GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 硅芯silicon core 小直径硅棒，用作多晶硅沉积的基体。 3.2 生长层 growthlayer 在硅芯上沉积生长的多晶硅层。 3.3 样芯 samplecore 用空心钻头，在多晶硅棒上钻取的圆柱体样品 3.4 控制棒 controlrod 有均匀沉积生长层、且已知其硼含量范围的多晶硅棒 4 方法提要 1 GB/T 4060—2018 出硅单晶棒，测试硅单晶的纵向电阻率，按硼的分凝在纵向电阻率分布曲线适当位置读取数据，得到试 样的基硼电阻率。根据GB/T13389中规定的电阻率与掺杂剂之间的关系，计算出多晶硅中的基硼含 量，即硼的真实浓度。 5干扰因素 5.1有裂纹的、高应力的或深处有树枝状晶体生长的多晶硅棒，在取样过程中易破碎或裂开，因此不能 用于制样取芯。 5.2有裂纹的样芯在清洗或腐蚀时不能将杂质完全有效地去除，且在区熔过程中易碎，因此不能用于 测试。 质。酸洗后的样芯在使用前应用去离子水洗净并避免污染。 5.4酸洗用的器皿、酸液和去离子水纯度、腐蚀速度、腐蚀温度、样品暴露时间都可能带来沾污，应加以 控制。 5.5区熔炉壁、线圈、垫圈、夹具使用前应进行有效地清洁，避免带来沾污。 5.6 6区熔炉内的真空度会对测试结果产生影响。 6试剂和材料 SAC 6.1硝酸：纯度等于或优于GB/T626一2006中优级纯。 6.2氢氟酸：纯度等于或优于GB/T620一2011中优级纯。 6.3去离子水：纯度等于或优于GB/T11446.1一2013中的EW-I级。 6.4籽晶应为无位错的P型<111)高阻硅单晶，且受主杂质含量（原子数）小于2.5×1012cm-3、碳含量 （原子数）小于5×1015cm3、晶向偏离度小于5°。 7仪器设备 7.1取芯设备，可钻出直径约为15mm20mm且长度不小于100mm的多晶硅样芯 7.2酸洗台，配有排酸雾设施和盛酸、去离子水的用具。 7.3超声清洗设备。 7.4干燥、包装样品的装置。 7.5真空内热式区熔炉。 7.6 两探针或四探针电阻率测试仪。 8测试环境 除另有说明外，区熔拉制的硅单晶棒基硼含量的测试应在下列环境中测试 a） 温度为23℃±2℃； b) 湿度≤65%； c) 电磁屏蔽； d）无强光照射。 2 GB/T40602018 9试样 9.1样品包含的基硼含量应能代表多晶硅棒总的基硼含量。 9.2平行于硅芯钻取长度不小于100mm，直径为15mm～20mm的样芯作样品，如图1所示。计算 a）硅芯样芯，代表硅芯和硅芯上最初的生长层； b）生长层样芯，在生长层上取样，代表硅芯上沉积的多晶硅。 硅芯 15 mm~20 mm 15 min~~20 mim 一生长层 硅芯样芯 截面图 牛长层样芯 图1取芯位置示意图 9.3样芯距多晶硅棒表面的距离应不小于5mm。 9.4样芯距多晶硅棒底部的距离应不小于250mm。 10控制样 从有均匀沉积生长层的、已知其硼含量范围的多晶棒上钻取多个圆柱体作为多晶硅控制棒，定期酸 洗、区熔和分析控制棒，验证硼含量误差控制在15%范围内，以监测样芯制备、酸洗和区熔过程。 11测试步骤 11.1准备籽晶 将籽晶去污、酸洗、清洁、干燥，为避免表面污染，籽晶应予以密封进行洁净保护。 11.2制备样芯 11.2.1所有操作应在洁净室内进行，操作人员应穿戴专用的洁净防护工作服 11.2.2制备配比为HF：HNO31：4～1：8（体积比）的腐蚀液。将样芯在槽内抛光，除去取芯过程 在样芯表面产生的药100um厚的损伤层，直至目视样芯表面光亮，清洗后的样芯应尽快进行区熔拉 晶，或将样芯密封进行洁净保护。 11.3准备区熔炉 清洁区熔炉的内室，在清洁、装料、真空抽吸后，预热样芯。 3 GB/T 4060—2018 11.4晶棒生长 在真空度不低于1.33×10-2Pa的区熔炉中，以1.0mm/min的速度区熔提纯14次，第1次与第 2次提纯完成后，每次保留一个熔区长度的尾部，第3次开始固定区熔长度，成晶拉制出长度不小于 12个熔区长度、直径为8mm~12mm的无位错硅单晶棒。 11.5晶棒评价 11.5.1 目测检查硅单晶棒的颜色、直径的均匀性、相同生长面棱线的连续性，以确定该晶棒是否为无 位错的单晶以及是否由于空气渗漏或其他原因而生成氧化物沉积 11.5.2 硅单晶晶体结构和电阻率的检测按下列步骤进行： 硅单晶晶向的检测按GB/T1555的规定进行； b) 硅单晶结晶的完整性检测按GB/T1554的规定进行； c) 按GB/T1551的规定测试硅单晶纵向电阻率并读取6倍熔区处电阻率值，该值即为样品的基 布应接近于理论电阻率特性曲线，如图2所示，否则应重新取样检测。 p/Q. cm 1./cm 图2电阻率特性曲线 12 2测试结果的计算 用硅芯和生长层基硼含量计算多晶硅棒的总基硼含量Cp： A XC+(AI-A,) XCa Cp= ..(1) A1 式中: 硅芯横截面积，单位为平方厘米（cm²）； Cf 硅芯中的基硼含量（原子数），单位为每立方厘米（cm-3）； Al多晶硅棒横截面积，单位为平方厘米（cm）； 生长层的基硼（原子数）含量，单位为每立方厘米（cm*）。 13允许差 本标准中规定方法的相对允许差为70%。 4 GB/T4060—2018 14 试验报告 试验报告应包括以下内容： a) 样品编号； b) 样品长度