ICS 77.040.30 H 17 中华人民共和国国家标准 GB/T 32281—2015 太阳能级硅片和硅料中氧、碳、硼和 磷量的测定 二次离子质谱法 Test method for measuring oxygen,carbon, boron and phosphorus in solar silicon wafers and feedstock-Secondary ion mass spectrometry 2015-12-10发布 2017-01-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T 32281—2015 前言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 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：江苏协鑫硅材料科技发展有限公司、北京合能阳光新能源技术有限公司、中铝宁 夏能源集团有限公司、宁夏银星多晶硅有限责任公司、洛阳鸿泰半导体有限公司、新特能源股份有限 公司。 本标准主要起草人：薛抗美、夏根平、肖宗杰、盛之林、范占军、蒋建国、林清香、徐自亮、王泽林、 宋高杰、刘国霞。 I GB/T32281—2015 太阳能级硅片和硅料中氧、碳、硼和 磷量的测定、二次离子质谱法 SAC 1范围 本标准规定了太阳能级硅片和硅料中氧、碳、硼和磷元素体含量的二次离子质谱（SIMS）检测方法。 本标准适用于检测各元素体含量不随深度变化、且不考虑补偿的太阳能级单晶或多晶硅片或硅料 中氧、碳、硼和磷元素的体含量。各元素体含量的检测上限均为0.2%（即<1X102°atoms/cm²），检测 下限分别为氧含量≥5×101atoms/cm，碳含量≥1×101atoms/cm硼含量≥1×10latoms/cm*和 磷含量2×1ol4atoms/cm。四种元素体含量的测定可使用配有一次离子源的SIMS仪器一次 完成。 2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/T14264半导体材料术语 ASTME673有关表面分析的术语（Terminologyrelating to surface analysis) 3术语和定义 GB/T14264和ASTME673界定的术语和定义适用于本文件。 4方法提要 4.1将机械抛光后具有平坦分析表面的多晶硅或硅单晶样品（一个或多个标准样品及测试样品）装人 样品架内。样品架在空气气氛中100℃烘烤1h后，送人SIMS仪器的分析室。 4.2用艳（Cs）一次离子束轰击标准样品表面，分析16O、12C、"B28Si和3P的负离子谱图，计算硅中氧、 碳、硼和磷的相对灵敏度因子（RSF）。 4.3为减少仪器的氧、碳背景含量，用艳一次离子束对样品架中所有样品进行预溅射，二次离子强度不 做分析。预溅射时间的长短取决于仪器和所需的氧、碳背景含量。 4.4用艳一次离子束以两个不同溅射速率轰击每个样品同一测量区域，通过降低波束光栅面积调整第 二次溅射速率。 的离子探测器检测，二次离子计数强度是时间的函数。硅的基体元素（如8Si）的负二次离子计数率由 法拉第杯（FC）或其他合适的探测器检测。如果测试过程中，使用多个检测器，应通过测试标准离子信 号（同一种负二次离子的计数率，或已知相对强度的两种负离子的计数率，例如通常的28Si/3°Si)来确定 1 GB/T32281—2015 检测器的相对灵敏度。 5干扰因素 5.1硅料表层二氧化硅中的氧和碳会干扰氧和碳体含量的测试，可在分析前烘烤样品来降低干扰。 量的测试，可通过提高SIMS仪器的真空度来降低干扰 5.3SIMS仪器艳一次离子束中的氧或碳可能会以氧化艳或碳化艳的形式注人硅样品中，导致氧和碳 背景含量的增加，可用光束质量过滤器来降低干扰，但艳束电流密度的降低会使溅射速率下降，引起氧 和碳背景信号的增加。 干扰。 5.5在样品架窗口范围内的样品表面应平坦，以保证每个样品移动到分析位置时，其表面与离子收集 光学系统的倾斜度不变，否则测试的准确度和精度会降低，可通过对样品表面进行机械抛光来消除， 5.7四个元素任一校准测试的变异性都可能提高样品的精度误差。本测试方法的检测能力取决于 SIMS仪器的背景和测试的精度。 5.8本测试方法的取样量为100μg，若样品中氧、碳、硼或磷含量的不均匀性高于此取样量，可能导致 测试方法固有精度的降低。 5.9SIMS测试体掺杂硅中的氧含量，有时出现异常强度尖峰，比信号强度随机波动幅度要大，甚至在 长晶之外还未热处理的硅中也会出现。这些氧强度尖峰不易解释，可能与氧缺陷（通常以沉淀物形式的 氧集合体）有关。如果这种异常信号非常明显，会使得测试结果具有不确定性。这种影响不会使碳、硼 和磷出现集结。 6试剂和材料 用于样品抛光的金刚石研磨片和二氧化硅抛光液。 7仪器和设备 7.1SIMS仪器，装备一次离子源，以及能检测负二次离子的电子倍增器和法拉第杯检测器，质量分 辨率优于4000。SIMS仪器应状态良好（例如经过烘烤），以便尽可能降低仪器背景，减少对检测能力 的影响。仪器分析室需要高质量的真空度，可应用液氮或液氨冷却的低温板环绕分析室中的样品架 获得。 7.2测试样品架。 7.3样品抛光设备。 7.4切割工具，用于从太阳能硅片或硅料中切取硅样本。 7.5 烘箱，烘烤测试样品架。 7.6探针轮廓仪或功能相当的仪器，用于测量样品上SIMS溅射坑的深度，以便标定标准样品含量分 布曲线的深度值。 2 GB/T32281—2015 8试样 8.1取样 因为SIMS分析实际上是破坏性试验，所以应进行取样，且被抽取样品能够评价该组硅片的性质。 本标准不包含统一的抽样方法这部分，因为大多数合适的取样计划根据每批样品的情况不同而有区别， 见GB/T2828.1或由供需双方协商确定。为了便于仲裁，取样计划应在测试之前得到测试双方的 认可。 8.2样品要求 100keV，得到硅中的注元素体含量低于1×1017atoms/cm。 8.2.2氧、硼和磷元素的测试校准可溯源至NIST标准物质：SRM2551SRM2137和SRM2133，或是可 溯源到NIST的二级标准物质。碳测试的校准可完全使用碳注入硅片作为标准样品 8.2.3样品应切割成适于分析的尺寸并在必要时去油和清洗，样品的分析面应经过机械抛光，使其平 坦光滑。 9测试程序 9.1将每个样品切割成小块以适合放入SIMS样品架内。在正常分析实验条件下处理样品，周围环境 不做特殊要求 9.2按下列步骤抛光样品： a) 使用100μm抛光垫进行粗抛； b）使用30um抛光垫进行精抛； c） 使用6μm的抛光垫进行二次精抛； d）使用1μm的抛光垫和0.05μm的硅抛光液对样品进行终抛。 一次装载的样品包括标准样品和一个或多个测试样品。 9.4在空气气氛，温度为100℃土10℃的条件下烘烤样品架至少1h。 9.5 按照仪器说明书开启仪器。 9.6 如果需要使用冷却装置，将液氮或液氮装人冷阱。 9.7用艳一次离子束轰击标准样品表面，检测1O、2C、11B28Si、3"P负离子值及分析过程中或测试结束 时基体负离子28Si值。测试完所有样品后，使用探针轮廓仪测量SIMS分析溅射坑的深度。 9.8移动样品架，使样品上的溅射坑形成在窗口的中心位置附近。不检测二次离子强度，开始SIMS 剖析。 9.9对每个样品重复9.8操作。 9.10为分析样品，选择两个光栅条件，一个使溅射速率最大，另一个提供相对偏低的溅射速率。选择孔 径或其他方式来保证改变光栅时分析区域不变，使电子倍增器上负离子计数率低于1X1o°counts/s。 9.11在太阳能级硅片和硅料中，同位素10B/11B的比率可能不是天然丰度。在使用SIMS分析前，确 认并记录原子量为38的1B28Si与原子量为39的"B28Si的负离子比率。"B/B天然丰度比为0.25。硼 总含量一般可由11B注入标准物质得到的RSF乘以1.25来确定。当测试材料中10B/1B比率不是天然 丰度时，硼总含量可由"B注人标准物质得到的RSF乘以（1十r）来计算，此处为测试材料得到的 3