单晶硅同心圆及黑角的检测前预处理方法

摘要

本发明涉及一种单晶硅同心圆的检测前预处理方法，切取单晶硅头部圆形的样块；将获取的单晶硅头部样块用金刚笔刻制出1/4圆以上的样片；将获取的样片退火处理；将退火处理后的样片经过碱性溶液煮制；然后将煮制后的样片浸泡到酸液中；将浸泡酸液后的样片纯水冲洗、晾干；将晾干的样片进行样片少子寿命测试。本发明还提供了一种单晶硅黑角的检测前预处理方法，切取任一单晶硅尾部圆形样块；将获取的单晶硅头部样块用金刚笔刻制出1/3圆以上的样片；将获取的样片酸性溶液腐蚀；将酸性溶液腐蚀后的样片清洗酸液残留；将清洗酸液残留的样片退火处理；将退火处理的样片自然风干后，使用碱性溶液煮制；将煮制处理后的样片进行少子寿命测试。

权利要求

1.单晶硅同心圆的检测前预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、切取任一单晶硅头部圆形的样块；

S2、将S1中获取的单晶硅头部样块用金刚笔刻制出1/4圆以上的样片；

S3、将S2中获取的样片退火处理，退火处理温度为600-1000℃，且恒温1-2.5h；

S4、将S3中退火处理后的样片经过碱性溶液煮制，碱性溶液质量百分比浓度为20-25％的氢氧化钠溶液，煮制温度80-100℃，煮制时间为10-40min；

S5、然后将S4中煮制后的样片浸泡到酸液中，酸溶液体积百分比浓度为2-3％的氢氟酸，浸泡时间10-12min；

S6、将S5浸泡酸液后的样片经纯水冲洗、晾干；

S7、将S6中晾干的样片进行样片少子寿命测试。

2.根据权利要求1所述的单晶硅同心圆的检测前预处理方法，其特征在于，S1中切取单晶硅头部圆形的样块直径为210-216mm，厚度为0.8-1.5mm。

3.单晶硅黑角的检测前预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：A1、切取任一单晶硅尾部圆形样块；

A2、将A1中获取的单晶硅头部样块用金刚笔刻制出1/3圆以上的样片；

A3、将A2中获取的样片酸性溶液腐蚀；酸性溶液为氢氟酸、硝酸与水按照重量比为1:3:

9配置的酸液；

A4、将A3中酸性溶液腐蚀后的样片清洗酸液残留；

A5、将A4中清洗酸液残留的样片退火处理；退火处理中，退火温度为700-950℃，恒温时间为1-3h；

A6、将A5中退火处理的样片自然风干后，使用碱性溶液煮制；碱性溶液质量百分比浓度为20-25％氢氧化钠溶液，煮制温度80-100℃，煮制时间10-40min；

A7、将A6中煮制处理后的样片进行少子寿命测试。

4.根据权利要求3所述的单晶硅黑角的检测前预处理方法，其特征在于，A1中切取单晶硅尾部圆形的样块直径为210-216mm，厚度为0.8-1.5mm。

说明书

单晶硅同心圆及黑角的检测前预处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及直拉法单晶生长领域及半导体制造领域，更具体的说是涉及单晶硅同心圆及黑角的检测前预处理方法。

背景技术

[0002] 随着单晶硅光伏产业的迅速发展，单晶硅产量逐年增加；而对于单晶硅光伏的转换效率日渐提高，对单晶硅品质要求越来越高。

[0003] 而单晶硅的同心圆、黑角(黑边)缺陷严重影响光伏的转换效率；其中同心圆为：单晶硅片经过EL测试仪测试，由于硅片内部存在缺陷，测试时在硅片中心处呈圆环形，简称同心圆。同心圆产生原因在于：由于直拉法硅单晶生长过程中，间隙富集区与空位富集区之间会形成环状区域，如果氧含量提高到一定水平，会形成空位氧缺陷环；空位氧缺陷环位置在晶体冷却过程中会形成热施主，影响少子寿命；而晶棒头部氧含量偏高，一般空位氧缺陷环在晶棒头部位置明显。黑角为：单晶硅片经过EL测试仪测试，由于硅片内部缺陷，测试四个边角发黑，简称黑角。黑角产生原因：单晶有氧热处理过程中产生自间隙硅原子，从表面向体内扩散形成氧化层错，在晶棒尾部表现更明显。其中EL测试仪为是一种太阳能电池或电池组件的内部缺陷检测设备。

[0004] 单晶硅的同心圆及黑角缺陷容易导致单晶硅质量变差，在单晶硅产品上形成色差等问题，严重影响了晶体硅和器件的性能，降低了硅太阳能电池的光电转换效率；目前没有一种有效的检测方式，判断单晶硅样件的同心圆及黑角缺陷。

[0005] 因此，如何提供一种能够检测出单晶硅同心圆及黑角缺陷的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本发明提供了一种单晶硅同心圆及黑角缺陷的检测方法，能够检测出同心圆及黑角缺陷，提高单晶硅的出厂合格率。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0008] 本发明提供的单晶硅同心圆的检测前预处理方法，包括以下步骤：

[0009] S1、切取单晶硅头部圆形的样块；

[0010] S2、将S1中获取的单晶硅头部样块用金刚笔刻制出1/4圆以上的样片；

[0011] S3、将S2中获取的样片退火处理；

[0012] S4、将S3中退火处理后的样片经过碱性溶液煮制；

[0013] S5、然后将S4中煮制后的样片浸泡到酸液中；

[0014] S6、将S5浸泡酸液后的样片经纯水冲洗、晾干；

[0015] S7、将S6中晾干的样片进行样片少子寿命测试。

[0016] 经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种单晶硅同心圆的检测前预处理方法，在检测之前进行退火处理，有利于单晶硅中杂质(氧)的扩散，然后通过碱性溶液煮制处理，脱去样片表面的氧化膜。酸液浸泡中和碱残留，使样片的缺陷在检测仪器下能够显现，提高了测量的样片的内部缺陷的精度，进而有效控制了产品出厂合格率。

[0017] 可以采用匈牙利WT2000PVN少子寿命测试仪进行样片表面寿命测试。

[0018] 优选地，S1中切取单晶硅头部圆形的样块直径为210-216mm，厚度为 0.8-1.5mm；方便切割及满足测试需要。

[0019] 优选地，S3中退火处理温度为600-1000℃，且恒温1-2.5h。其中单晶硅在不同热处理条件下，氧在硅中呈现极其复杂的热行为，会形成热施主、氧沉淀等现象。氧沉淀通常是非电活性的，但它可以诱生缺陷，与一些金属杂质一起形成络和物，本发明通过对样片的高温热处理使样片上的缺陷放大，更容易在检测仪器下检测出单晶硅内部缺陷。

[0020] 优选地，S4中碱性溶液质量百分比浓度为20-25％的氢氧化钠溶液，煮制温度80-100℃，煮制时间为10-40min。

[0021] 优选地，酸溶液体积百分比浓度为2-3％的氢氟酸，浸泡时间10-12min。

[0022] 本发明提供了单晶硅黑角的检测前预处理方法，包括以下步骤：

[0023] A1、切取单晶硅尾部圆形样块；

[0024] A2、将A1中获取的单晶硅头部样块用金刚笔刻制出1/3圆以上的样片；

[0025] A3、将A2中获取的样片酸性溶液腐蚀；

[0026] A4、将A3中酸性溶液腐蚀后的样片清洗酸液残留；

[0027] A5、将A4中清洗酸液残留的样片退火处理；

[0028] A6、将A5中退火处理的样片自然风干后，使用碱性溶液煮制；

[0029] A7、将A6中煮制处理后的样片进行少子寿命测试；

[0030] 其中A3-A5需作业人员带好防护工具，将样品一片一片缓慢放入酸液中腐蚀；待腐蚀完毕后，立即从酸腐蚀环境中取出样片，用流动的纯水在水槽中清洗，晾干后放入石英舟中不得挤压，然后退火炉温度达到后，将石英舟放入退火炉中退火。

[0031] A6中退火后样片风干后，依次放入篮筐中，然后将篮筐放入碱性溶液中煮制，钝化处理、超声波清洗、擦干，然后放入自封口的塑料袋中，排出内部汽包，送往寿命试验台进行检测。

[0032] A7中可以采用匈牙利WT2000PVN少子寿命测试仪测试样件表面寿命。 (上述单个步骤与单晶硅同心圆测试相同，仅是测试单晶硅同心圆与黑角具体的步骤顺序不同。)[0033] 经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种单晶硅黑角的检测方法，本发明先通过对样片酸性溶液腐蚀、去掉表面杂质、研磨损伤层及形成腐蚀坑，然后去除酸性残留，在进行退火处理，使样件中的杂质扩散，风干后通过碱性溶液脱出氧化膜，然后进行样件少子寿命测试。

[0034] 优选地，A1中切取单晶硅尾部圆形的样块直径为210-216mm，厚度为 0.8-1.5mm；方便切割及满足测试需要。

[0035] 优选地，A3中酸性溶液为氢氟酸、硝酸与水按照重量比为1:3:9配置的酸液。

[0036] 优选地，A5中退火处理中，退火温度为700-950℃，恒温时间为1-3h。

[0037] 优选地，A6中碱性溶液质量百分比浓度为20-25％氢氧化钠溶液，煮制温度 80-100℃，煮制时间10-40min。

附图说明

[0038] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0039] 图1附图为本发明提供的方法检测出的同心圆电镜图；

[0040] 图2附图为非同心圆电镜图；

[0041] 图3附图为本发明提供的方法检测出的黑角的电镜图；

[0042] 图4附图为非黑角的电镜图；

[0043] 图5、图6附图均为不经过处理的样片的测试电镜图。

具体实施方式

[0044] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0045] 本发明实施例公开了一种单晶硅同心圆及黑角缺陷的检测方法，能够检测出同心圆及黑角缺陷，提高单晶硅的出厂合格率。

[0046] 实施例1

[0047] 本发明提供的单晶硅同心圆的检测前预处理方法，包括以下步骤：

[0048] S1、切取单晶硅头部圆形的样块直径210mm，厚度0.8mm；

[0049] S2、将S1中获取的单晶硅头部样块用金刚笔刻制出1/4圆以上的样片；

[0050] S3、将S2中获取的样片退火处理，退火温度为600℃，恒温1h；

[0051] S4、将S3中退火处理后的样片经过质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液煮制，煮制温度80℃，煮制时间10min；

[0052] S5、然后将S4中煮制后的样片浸泡到体积百分比浓度为2％的氢氟酸溶液中10min；

[0053] S6、将S5浸泡酸液后的样片经纯水冲洗、晾干；

[0054] S7、将S6中晾干后的样片采用匈牙利WT2000PVN少子寿命测试仪进行样片表面寿命测试。

[0055] 实施例2

[0056] 本发明提供的单晶硅同心圆的检测前预处理方法，包括以下步骤：

[0057] S1、切取单晶硅头部圆形的样块直径214mm，厚度1.2mm；

[0058] S2、将S1中获取的单晶硅头部样块用金刚笔刻制出1/4圆以上的样片；

[0059] S3、将S2中获取的样片退火处理，退火温度为800℃，恒温2h；

[0060] S4、将S3中退火处理后的样片经过质量百分比浓度为23％的氢氧化钠溶液煮制，煮制温度90℃，煮制时间25min；

[0061] S5、然后将S4中煮制后的样片浸泡到体积百分比浓度为2％的氢氟酸溶液中11min；

[0062] S6、将S5浸泡酸液后的样片经纯水冲洗、晾干；

[0063] S7、将S6中晾干后的样片采用匈牙利WT2000PVN少子寿命测试仪进行样片表面寿命测试。

[0064] 实施例3

[0065] 本发明提供的单晶硅同心圆的检测前预处理方法，包括以下步骤：

[0066] S1、切取单晶硅头部圆形的样块直径216mm，厚度1.5mm；

[0067] S2、将S1中获取的单晶硅头部样块用金刚笔刻制出1/4圆以上的样片；

[0068] S3、将S2中获取的样片退火处理，退火温度为1000℃，恒温2.5h；

[0069] S4、将S3中退火处理后的样片经过质量百分比浓度为25％的氢氧化钠溶液煮制，煮制温度100℃，煮制时间40min；

[0070] S5、然后将S4中煮制后的样片浸泡到体积百分比浓度为3％的氢氟酸溶液中12min；

[0071] S6、将S5浸泡酸液后的样片经纯水冲洗、晾干；

[0072] S7、将S6中晾干后的样片采用匈牙利WT2000PVN少子寿命测试仪进行样片表面寿命测试。

[0073] 实施例4

[0074] 本发明提供了单晶硅黑角的检测前预处理方法，包括以下步骤：

[0075] A1、切取单晶硅尾部圆形样块直径210mm，厚度0.8mm；

[0076] A2、将A1中获取的单晶硅头部样块用金刚笔刻制出1/3圆以上的样片；

[0077] A3、将A2中获取的样片酸性溶液腐蚀，酸液为氢氟酸、硝酸与水按照重量比为1:3:9配置的溶液；

[0078] A4、将A3中酸性溶液腐蚀后的样片清洗酸液残留；

[0079] A5、将A4中清洗酸液残留的样片退火处理，退火温度700℃，恒温1h；

[0080] A6、将A5中退火处理的样片自然风干后，使用质量百分比浓度为20％氢氧化钠溶液碱性溶液煮制，煮制温度80℃，煮制时间为10min；

[0081] A7、将A6中煮制处理后的样片进行少子寿命测试。

[0082] 实施例5

[0083] 本发明提供了单晶硅黑角的检测前预处理方法，包括以下步骤：

[0084] A1、切取单晶硅尾部圆形样块直径214mm，厚度1.2mm；

[0085] A2、将A1中获取的单晶硅头部样块用金刚笔刻制出1/3圆以上的样片；

[0086] A3、将A2中获取的样片酸性溶液腐蚀，酸液为氢氟酸、硝酸与水按照重量比为1:3:9配置的溶液；

[0087] A4、将A3中酸性溶液腐蚀后的样片清洗酸液残留；

[0088] A5、将A4中清洗酸液残留的样片退火处理，退火温度850℃，恒温2h；

[0089] A6、将A5中退火处理的样片自然风干后，使用质量百分比浓度为23％氢氧化钠溶液碱性溶液煮制，煮制温度90℃，煮制时间35min；

[0090] A7、将A6中煮制处理后的样片进行少子寿命测试。

[0091] 实施例6

[0092] 本发明提供了单晶硅黑角的检测前预处理方法，包括以下步骤：

[0093] A1、切取单晶硅尾部圆形样块直径216mm，厚度1.5mm；

[0094] A2、将A1中获取的单晶硅头部样块用金刚笔刻制出1/3圆以上的样片；

[0095] A3、将A2中获取的样片酸性溶液腐蚀，酸液为氢氟酸、硝酸与水按照重量比为1:3:9配置的溶液；

[0096] A4、将A3中酸性溶液腐蚀后的样片清洗酸液残留；

[0097] A5、将A4中清洗酸液残留的样片退火处理，退火温度950℃，恒温3h；

[0098] A6、将A5中退火处理的样片自然风干后，使用质量百分比浓度为25％氢氧化钠溶液碱性溶液煮制，煮制温度100℃，煮制时间40min；

[0099] A7、将A6中煮制处理后的样片进行少子寿命测试。

[0100] 对比例1

[0101] 采用切割后的样片不经过任何处理，直接测量单晶硅样片同心圆和黑角缺陷。

[0102] 对比例2

[0103] 采用近似处理单晶硅样片测量黑角的方法处理样片，测量同心圆；包括以下步骤：

[0104] 切取单晶硅头部圆形的样块直径216mm，厚度1.5mm；

[0105] 将获取的单晶硅头部样块用金刚笔刻制出1/4圆以上的样片；

[0106] 将获取的样片酸性溶液腐蚀，酸液为氢氟酸、硝酸与水按照重量比为1:3:9 配置的溶液；

[0107] 将酸性溶液腐蚀后的样片清洗酸液残留；

[0108] 将清洗酸液残留的样片退火处理，退火温度700℃，恒温1h；

[0109] 将退火处理的样片自然风干后，使用质量百分比浓度为20％氢氧化钠溶液碱性溶液煮制，煮制温度80℃，煮制时间为10min；

[0110] 将煮制处理后的样片进行少子寿命测试。

[0111] 对比例3

[0112] 采用近似处理单晶硅样片测量同心圆的方法处理样片，测量单晶硅黑角缺陷；包括以下步骤：

[0113] 切取单晶硅尾部圆形样块直径210mm，厚度0.8mm；

[0114] 将获取的单晶硅头部样块用金刚笔刻制出1/3圆以上的样片；

[0115] 将S2中获取的样片退火处理，退火温度为600℃，恒温1h；

[0116] 将退火处理后的样片经过质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液煮制，煮制温度80℃，煮制时间10min；

[0117] 然后将煮制后的样片浸泡到体积百分比浓度为2％的氢氟酸溶液中10min；

[0118] 将浸泡酸液后的样片经纯水冲洗、晾干；

[0119] 将晾干后的样片采用匈牙利WT2000PVN少子寿命测试仪进行样片表面寿命测试。

[0120] 试验研究：

[0121] 采用相同的设备及溶液配比按照实施例1-3、对比例2的步骤处理样片，每个实施例对应一组样片，每组基数均为100个样片进行对应实施例方式处理；对比例1不做任何处理，切割出1/4圆以上的100个样片；然后将5个实施例中的对应的样片，每组随机挑选出20个样片通过匈牙利WT2000PVN进行少子寿命测试，测试步骤为：开机连接线束、预热；放样片、进行样片寿命扫描，以1 步幅进行扫描，扫描参数均设置相同的不改变，进行测试；测试后将样片取出保存，然后将数据与标准数据对比，判断此样片是否具有同心圆，以此类推测试。测试后的结果参见表一：

[0122] 表一、同心圆随机样机检测准确率表

[0123]  是否能够清楚分辨出同心圆 检测同心圆准确率
实施例1 是 93.1％
实施例2 是 95.7％
实施例3 是 94.2％
对比例1 否 0.0％
对比例2 不能够清楚显示 20.3％

[0124] 通过表一及附图1-2可以看出，通过本发明实施例1-3的处理方法均能够清楚的辨别出是否具有同心圆，测试样件对于是否具有同心圆检测准确率均高于 90％，能够有效的防止不合格品出厂；而对比例1，参见附图5，不经过任何步骤处理的样片在测试仪无法显示缺陷；对比例2按照检测黑角的方式处理的样片，不能够清楚显示，准确率低，不能够有效起到质检作用。

[0125] 采用相同的设备及溶液配比按照实施例4-6、对比例3的步骤处理样片，每个实施例对应一组样片，每组基数均为100个样片进行对应实施例方式处理；对比例1不做任何处理，切割出1/3圆以上的100个样片；然后将5个实施例中的对应的样片，每组随机挑选出20个样片通过匈牙利WT2000PVN进行少子寿命测试，测试步骤为：开机连接线束、预热；放样片、进行样片寿命扫描，以1 步幅进行扫描，扫描参数均设置相同的不改变，进行测试；测试后将样片取出保存，然后将数据与标准数据对比，判断此样片是否具有黑角，以此类推测试。测试后的结果参见表二：

[0126] 表二、黑角随机样机检测准确率表

[0127]   是否能够清楚分辨出黑角 检测黑角准确率实施例4 是 92.5％
实施例5 是 97.0％
实施例6 是 96.5％
对比例1 否 0.0％
对比例3 不能够清楚显示 40.1％

[0128] 通过表二及附图3-4可以看出：通过本发明实施例4-6的处理方法均能够清楚的分辨出是否具有黑角，测试样件对于是否具有黑角检测准确率均高于90％，能够有效的防止不合格品出厂；参见附图6，而对比例1不经过任何步骤处理的样片在测试仪无法显示缺陷；对比例3按照检测同心圆的方式处理的样片，不能够清楚显示，准确率低，不能够有效起到质检作用。

[0129] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

[0130] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。