[发明专利]一种用于测定硅中杂质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测定硅中杂质的方法。

背景技术

在工业规模，粗硅是在电弧炉中大约2000℃下用碳还原二氧化硅得到的。

纯度约98-99％的所谓冶金硅(Si_mg，“冶金级”)就是这么制得的。

为了应用于光伏和微电子领域，还需要对冶金硅进行纯化。为此，例如，在流化床反应器内其与气体氯化氢在300-350℃反应形成含硅气体，例如三氯硅烷。然后经过蒸馏步骤，以便纯化该含硅气体。

然后，这种含有高纯硅的气体用作起始原料来生产高纯多晶硅。

通常多晶体硅(还常简写为多晶硅)是通过西门子法制备的。在这种情况下，细丝硅棒在一个钟形反应器(“西门子反应器”)内被直接通过的电流加热，并引入包括含硅成分和氢气的反应气。

在西门子法中，丝棒通常被垂直固定到位于反应器底部的电极上，由此建立至供电系统的连接。各对丝棒通过水平桥(由同样的硅制成)连接，形成了硅沉积的支撑体。支撑体是典型的U形，也称之为细棒，由桥连接制得。

高纯多晶硅沉积在加热硅棒和桥上，使得棒直径随时间逐渐增大(CVD＝化学气相沉积)。

沉积结束后，通常要对这些多晶硅棒通过机械加工进行进一步处理以形成不同大小种类的块，可选地湿化学清洗，最后包装。

然而，多晶硅也可以在棒或杆段的形状下被进一步处理。这特别适用于多晶硅应用在FZ方法中。

反应气体的含硅成分一般是单硅烷或化学组成为SiH_nX_4-n(n＝0，1，2，3，X＝Cl，Br，I)的卤代硅烷。其优选为氯硅烷，尤其优选是三氯硅烷。SiH₄或SiHCl₃(三氯硅烷，TCS)与氢气的混合物是最经常使用的。

除此之外，还已知在流化床反应器中将小硅粒直接暴露于这样的反应气。由此制得的多晶硅具有的形式为颗粒(颗粒多晶硅)。

多晶体硅(简称多晶硅)被用作通过坩埚提拉(提拉法(Czochralski)或CZ法)或区熔(浮区法(float zone)或FZ法)生产单晶硅的起始原料。这样的单晶硅被切成晶片，经过机械、化学和化学-机械多重加工处理后，在半导体工业中用来制造电子元件(芯片)。

特别的，然而，通过提拉法或浇铸法生产单晶硅或多晶硅对多晶硅的需求越来越大，该单晶硅或多晶硅被用于制造光伏太阳能电池。

由于对多晶硅的质量要求越来越高，整个工艺链中的质量控制是必不可少的。例如，要对材料进行金属或掺杂物污染的测定。对多晶硅块或杆段的块污染和表面污染也要进行区别。

为了质量控制，通常还将制得的多晶硅转化成单晶硅材料。在这种情况下，要对单晶材料进行测定。在这里，金属污染尤为重要，其对半导体工业的客户来说是尤其关键的。然而，对硅还要进行碳以及掺杂物如铝、硼、磷和砷的测定。

由多晶硅材料(SEMI MF 1723)制成FZ单晶，根据SEMI MF 1398采用光致发光(荧光)法进行掺杂物分析。作为另一种替代方法，采用低温FTIR(傅立叶变换红外光谱法)(SEMI MF 1630)。

FTIR(SEMI MF 1188，SEMI MF 1391)使得可以确定碳和氧的浓度。

FZ方法的基础知识在相关文献中有描述，例如DE-3007377A。

在FZ方法中，多晶硅种棒在射频线圈的作用下逐渐融化，融化的材料用单晶籽晶引晶转化成单晶，随后进行重结晶。在重结晶过程中，所产生的单晶的直径首先以锥状增加(锥形成)，直到达到所需最终直径(杆形成)。在锥的形成阶段，单晶也是有机械支撑的以减轻细籽晶上的负载压力。

然而，已经发现，外来物质浓度高的多晶硅和污染重的材料是不易采用光致发光(荧光)法(photoluminescence)或FTIR进行分析的，例如冶金硅(“升级冶金级”，UMG)，它被转化成FZ单晶。对于光致发光(荧光)法或FTIR能够测量的范围来说污染太高。对于掺杂物，ppta数量级浓度可通过PL(光致发光法)进行测量，对于碳ppba数量级浓度可以通过FTIR进行测量。

DE-4137521B4描述了一种分析硅颗粒中杂质浓度的方法，其特征在于将颗粒硅放置在硅容器中，颗粒硅和硅容器在浮区经处理形成单晶硅，测定杂质(其存在于单晶硅中)的浓度。

该方法的优点是样品几乎不会被该方法污染。颗粒硅可以达到电子产品的质量或者等同的质量。颗粒硅可以是多晶硅或者单晶硅的颗粒或碎片。