硅单晶加工及质量要求

关于硅单晶加工及质量要求第1页，讲稿共17页，2023年5月2日，星期三单晶硅性能测试测试项目主要包括：物理性能：单晶体检验、晶向测定电气性能：导电类型与电阻率测试缺陷及杂质含量确定第2页，讲稿共17页，2023年5月2日，星期三物理性能测试—单晶体检验物理性能测试主要包括外观检验、规格检验和晶向测定单晶体外表面晶向一致，对光线的反射均匀—外观检验规格检验：直径与重量测量—是否符合标准第3页，讲稿共17页，2023年5月2日，星期三物理性能测试—晶向测定晶向测定方法：腐蚀法原理：晶体结构的各向异性同种腐蚀液（如铬酸）中，相同腐蚀时间内，不同晶向原子被腐蚀程度不同，造成在硅晶表面形成的腐蚀坑形状不同。第4页，讲稿共17页，2023年5月2日，星期三电气参数测试单晶体的电气参数主要包括：导电类型、电阻率和非平衡少数载流子寿命等。导电类型：判断属于N型（电子）或P型（空穴）半导体；电阻率：测定半导体材料的导电性能；非平衡少数载流子寿命：少子寿命第5页，讲稿共17页，2023年5月2日，星期三导电类型测试-热探针法原理：利用冷、热探针与材料接触时，热探针激发产生电子-空穴对；多数载流子在两探针间存在浓度差并向冷探针附近扩散；探针间形成电位差。产生的电流流经光点检测计，引起检测计偏转，依据偏转方向可判断材料类型。第6页，讲稿共17页，2023年5月2日，星期三电阻率测试电阻率是反映半导体材料导电性能的重要参数，根据测量半导体电阻率可求得半导体材料的载流子浓度，进而计算材料的杂质浓度。基本测量方法：

两探针法、四探针法等。第7页，讲稿共17页，2023年5月2日，星期三电阻率测试—两探针法作用原理：试样两端接直流电源，引出线与试样之间保持欧姆接触特性，电流回路上串接标准电阻Rs，用电位差计测量电阻上的电压降，计算流过试样的电流，然后用两个靠弹簧压紧的探针在试样长度方向上测量某两点的电压降Vr，并测出两点之间的距离L，可求得样品电阻率。第8页，讲稿共17页，2023年5月2日，星期三电阻率测试—四探针法作用原理：试样接直流电源，采用四根探针与被测样品形成欧姆接触，在探针1和4间通电流I1-4，探针2与3之间形成电位差V2-3，计算可得样品的电阻率。C为修正因子，取决于探针排列方法与针距。第9页，讲稿共17页，2023年5月2日，星期三非平衡少数载流子寿命测试

半导体材料内运动的电子、空穴处于产生和复合的动态平衡过程，采用光照或离子注入等外界干扰影响材料时，平衡状态被打破，引入的多余电子或空穴对导致出现非平衡状态。引入的电子、空穴对就称为非平衡载流子。

非平衡载流子寿命：从打破平衡状态至非平衡状态再到新平衡状态所需平均时间就是非平衡少数载流子平均存在的时间，称为少子寿命。表征了非平衡载流子的平均生存时间。

晶格不完整性越大，少子寿命越短；同一种半导体材料晶格完整度不同，少子寿命差别很大，依此可了解晶体材料晶格结构完整度。第10页，讲稿共17页，2023年5月2日，星期三缺陷检验和杂质含量测试缺陷表现形式：位错，包括刃位错与螺位错两种。位错产生原因：

【籽晶本身存在位错，导致拉制单晶体存在位错】【来源于晶体范性形变—“塑性形变”：滑移和攀移】位错密度测量方法：化学腐蚀法红外显微镜直接观察法

X射线衍射形貌照相法扫描电子显微镜分析法第11页，讲稿共17页，2023年5月2日，星期三缺陷检验—化学腐蚀法作用机理：有位错处原子排列规律性发生改变，形成应力集中区，位错集中处化学反应速率快，通过测量位错和样品表面的位错腐蚀坑密度就可得到位错密度：破坏性检测。常用化学试剂：铬酸溶液第12页，讲稿共17页，2023年5月2日，星期三缺陷检验—红外显微镜直接观察法作用机理：高温下通过向硅片中扩散进大量铜原子，然后低温（500℃）热处理，使得过饱和铜原子逐渐扩散到位错线附近吸收红外线，在显微镜下观察时，位错线清晰可见：破坏性检测。第13页，讲稿共17页，2023年5月2日，星期三缺陷检验—X射线衍射形貌照相法作用机理：晶体对X射线的消光作用——有缺陷区域和完整区域对X射线衍射程度不同，在有缺陷区域产生的衍射线强度强很多。通过对比试样和标准件X射线衍射图片，判断晶体缺陷程度：非破坏性检测。第14页，讲稿共17页，2023年5月2日，星期三缺陷检验—扫描电子显微镜分析法作用机理：利用聚焦的极细电子束进行规则逐点扫描运动，射线扫描到样品时，会产生电子和二次电子，电子收集器收集电信号，放大后可转换成屏幕上的图像