CN109904092B - 一种单晶圆棒少子寿命测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单晶圆棒少子寿命测试方法，所述测试方法步骤为：S1、在所述圆棒体柱面上选出被测位置；S2、在所述被测位置上进行加工平面；S3、在所述平面上进行机械打磨；S4、清洗所述平面；S5、采用少子寿命测试仪器对所述平面进行测试。本发明提出一种快速检测单晶圆棒少子寿命方法，采用本发明的测试方法所测试的结果接近于现有技术测试方法所测的少子寿命，所有测试数据稳定且再现性较好，数据差值波动很小，可准确反应单晶圆棒的少子寿命的结果，提高了少子寿命的测试时间，为后续生产缩短了加工周期，节约了生产资源，提高了工作效率。

Description

一种单晶圆棒少子寿命测试方法

技术领域

本发明属于太阳能电池硅片技术领域，尤其是涉及一种单晶圆棒少子寿命测试方法。

背景技术

目前对太阳能电池硅片所用的单晶圆棒少子寿命的测试方法是：先把整颗单晶圆棒划线，把去掉头尾部的圆棒提前预分为若干段，并在尾部段圆棒的两端预留取样；再在各样片表面上进行化学抛光腐蚀，腐蚀溶液是氢氟酸与硝酸的混合溶液，目的是为了去除样片表面上的损伤层并对样片表面进行清洗；而后再对抛光后的样片在碘酒-无水乙醇的钝化溶液中进行钝化预处理，目的是降低样片表面复合速率使其最大限度地不再干扰体复合寿命；最后再用少子寿命测试仪对样片进行多点测试，取其平均值，即为尾部端圆棒的少子寿命。因每颗单晶以头部端面为基准进行长度划线，靠近头部方向的圆棒料按照标准长度尺寸进行截断，最后靠近尾部的圆棒料为非标准长度的圆棒料，具体划线样片的位置如图1所示，最终可测得样片5与样片6的少子寿命值，根据所测结果与标准少子寿命值进行比较，若样片5不符合标准要求，需在圆棒3靠近样片5的一端重新取样，再依次按照上述测试方法进行测试，直至样片测试结果合格为止；若样片6不符合标准，则需在圆棒4靠近样片6的位置重新取样再测试，直至测试结果合格为止。

但上述测试方法会出现以下问题：首先，每次单晶圆棒先划线分段后再取样，而后再对样片进行抛光、钝化、测试，这一检测过程较长，且每次样片取样需多道工序多人相互配合，费时费力；其次，这一测试方法会导致经常出现很多小于标准长度的棒料，非标准长度的圆棒经去除边皮后再形成方棒，多段非标准长的方棒拼接共同形成标准长度要求的棒料再进行切片，导致生产周期较长且工作效率很低，成本较高；再次，现场取样容易导致很多分段的圆棒积压，需很多场地及人员进行维护、标识，资源浪费严重；还有，需要大量的化学试剂，存在安全隐患，同时，被测样片重复利用率低。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，只需在单晶圆棒端部棱线位置旁边打磨一平面，经机械抛光之后再进行清洗，即可测试少子寿命，目的是为了解决现有技术中检测时间长、工作效率低、生产成本高的技术问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种单晶圆棒少子寿命测试方法，所述测试方法步骤为：

S1、在所述圆棒体柱面上选出被测位置；

S2、在所述被测位置上进行加工平面；

S3、在所述平面上进行机械打磨；

S4、清洗所述平面；

S5、采用少子寿命测试仪器对所述平面进行测试；

所述测试结果即为所述被测位置处在所述圆棒上的少子寿命，所述测试结果大于标准少子寿命值，则以所述被测位置处为基准，对所述圆棒进行划线取段。

进一步的，所述S1具体步骤为：

S11、在所述圆棒的体柱面上找出与所述圆棒轴向平行的四个棱线，并选出任一所述棱线；

S12、在沿所述棱线方向远离所述圆棒尾部端面取第一距离；

S13、在所述第一距离范围内，并垂直于所述棱线的截面上，在靠近所述棱线位置且置于相邻所述棱线之间连接的圆弧面上取第二距离；

S14、所述被测位置设于所述第二距离范围内。

具体的，所述第一距离为10-50mm。

具体的，所述第二距离小于相邻所述棱线之间圆弧长度的1/2。

优选地，所述第二距离小于或等于相邻所述棱线之间圆弧长度的1/3

进一步的，所述S2包括在所述被测位置上磨出一平整平面，所述平面面积约3-8mm²。

进一步的，所述S3具体步骤为：

S31、先在所述平面上进行粗磨抛光；

S32、再在所述平面上进行精磨抛光，直至表面有反光。

具体的，所述S31还包括用手持式打磨机在所述平面上进行打磨，所述打磨机所用砂轮粒度为80-120目，加工时间为2-5min。

具体的，所述S32还包括用手持式打磨机在所述平面上进行打磨，所述打磨机所用砂轮粒度为300-500目,加工时间为1-3min。

进一步的，在所述S4包括用无尘纸沾酒精对所述平面进行擦拭，清洗表面灰尘。

本技术方案具有如下的优点和有益效果：

1、采用本发明的测试方法所测试的结果接近于现有技术测试方法所测的少子寿命，所有测试数据稳定且再现性较好，数据差值波动很小，可准确反应单晶圆棒的少子寿命的结果。

2、直接在整颗单晶圆棒的端部外表面棱线附近上进行取点、加工、打磨和清洗，即可直接进行测试，若测试结果符合标准，再对圆棒进行标准划线分段切割，若测试结果不符合标准，在沿所述棱线方向远离所述被测位置40-50mm处重新取点进行少子寿命测试，这一方法操作方便、可控性高，同时缩短了测试周期且准确率高，配合人员少且不影响后续生产加工。

3、先提前测试圆棒体柱面的少子寿命值做参考，再根据测试结果进行划线分段，这一过程省去了现有技术中因提前划线分段而需多次周转单晶圆棒至切割机上切料取样的工序，可减少非标准圆棒产品的数量，也避免了现场圆棒的积压，缩短了后续粘棒与切片的生产时间，提高了生产率，也提高了产品的成品率。

4、选择在单晶圆棒体柱面上的棱线附近设测试位置，不仅容易打磨平面，而且还不影响后续去除圆棒上无棱线的边皮，保证长方形方棒的加工质量，提高后续产品的成品率。同时，被测位置越靠近棱线，其所测的少子寿命越接近于同一位置圆棒的实际少子寿命值，与该段的实际少子寿命值误差值越小。

5、平面的加工有利于少子寿命仪器测试，保证其探头与平面接触的稳定性；在测试平面上依次进行粗、精打磨，目的是为了去除因平面加工而形成的损伤层，为后续清洗平面，提高测试精度做准备；用无尘纸粘酒精对平面进行清洗，去除表面杂质，最大限度地降低少子寿命的影响因素。

6、本申请所设计的少子寿命测试方法，用机械抛光替代现有的化学抛光，不仅能满足测试少子寿命的条件，而且还不需要使用化学试剂，减少了安全隐患，也降低了生产成本；同时也取消了化学钝化腐蚀工序，也未影响后续少子寿命测试的结果。

附图说明

图1是现有技术中分段样片的位置示意图；

图2是本发明一实施例的一种单晶圆棒少子寿命测试方法流程图；

图3是本发明一实施例的被测位置示意图；

图4是本发明一实施例的A-A剖视图；

图5是本发明一实施例的在A-A面上四个棱线旁同一方位被测位置的示意图。

图中：

1、圆棒 2、圆棒 3、圆棒

4、圆棒 5、样片 6、样片

7、平面 8、棱线 9、棱线

10、棱线 11、棱线

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明：

太阳能电池硅片为正方形结构的薄硅片，其加工过程是先加工成整颗单晶圆棒，在每颗单晶圆棒体柱面上有四条对称分布的棱线，且该棱线与圆棒中心轴线平行；去除头尾废料，然后再去除圆棒料体柱面上无棱线的部分，即去除相邻棱线之间的扇形边皮，保留四条棱线连接所围成的棒料即为单晶长方体的方棒，再对长方体方棒进行线切割，最终加工成太阳能所用的硅片。而少子寿命是太阳能电池硅片的关键性参数，可以通过对原始单晶圆棒的少子寿命测试来提前预判成品硅片的寿命。

本发明提供的一种适用于上述生产太阳能硅片所用单晶圆棒的少子寿命测试方法，提出先根据本发明的测试方法，测试出单晶圆棒上的少子寿命，再根据此少子寿命进行分段划线，而后再对整颗单晶圆棒进行分段切断等操作，这一方法既可以测试P型单晶圆棒，也可以测试N型单晶圆棒，其测试方法具体步骤如图2所示，包括：

S1、在所述圆棒体柱面上选出被测位置

进一步的，具体步骤为：

S11、每颗单晶圆棒1的体柱面上有四条对称分布的棱线，且所有棱线均与圆棒1的中心轴线平行，可在这四条棱线中任选一条棱线8，作为所测位置N的基准线。

S12、在测试中，沿棱线8方向上并远离圆棒1尾部端面取第一距离h1，即从尾部端面向头部方向上取第一距离h1，如图3所示，具体地第一距离长度为10-50mm。这一选择是因为整颗单晶圆棒1在生产过程中，由于其尾部所含金属杂质较多，至其少子寿命头高尾低，故选择从圆棒1的尾部一端开始测试其少子寿命，若所测位置N的少子寿命符合标准要求，则从所测位置N处到头部之间的少子寿命均符合标准要求。

S13、在第一距离h1的范围内，穿过所测位置N并垂直于棱线8的横向截面A-A的剖视图如图4所示，其中，点M1为棱线8所在截面A-A上的位置点，另外三条棱线在截面A-A的点依次分别为M2、M3和M4，其中，M2和M4为与棱线8相邻的棱线9、棱线10，M3所对应的棱线11(图省略)与棱线8正对应，在截面A-A上的位置点，所测位置N设置在圆弧M1M2之间。进一步的，在圆弧M1M2上且靠近点M1处取圆弧第二距离h2，第二距离h2的弧长小于圆弧M1M2长度的1/2，优选地，第二距离h2小于或等于圆弧M1M2长度的1/3。

S14、被测位置N设置在第二距离范围h2内。这是因为，根据太阳能电池硅片结构的特点，点M1M2M3M4所围成的正方形即为硅片，被测位置N位于截面A-A的外圆上，被测位置N越靠近点M1，其距边M1M2的垂直距离越小，则被测位置N所测的少子寿命越接近于截面A-A中边M1M2上的实际少子寿命值，也就是与该段的实际少子寿命值误差值越小。优选地，在小于或等于圆弧M1M2长度1/3的h2范围内设置被测位置N。

同时，因棱线8是由硅单晶沿晶体生长方向形成，在该棱线8上有许多无位错排列的硅单晶晶体，若选择此处为被测位置N，易破坏棱线8的完整性，也不易加工平面，且对后续去边皮加工成长方形方棒有影响。再者，在非棱线的单晶圆棒体柱面上选择被测位置N，不仅容易打磨平面，而且还不影响后续去除圆棒上无棱线的边皮，保证长方形方棒的加工质量，提高后续产品的成品率。

S2、在被测位置N上加工一平整的平面7

具体地，可选择用手持式电磨机、砂纸、金刚石或油石的任一种方式，打磨出一平面7，目的是便于用少子寿命仪器进行测试，保证其探头与平面接触的稳定性，防止探头与被测位置N的接触不良，影响测试结果，平面7的面积约3-8mm²，即可满足测试要求。

S3、在平面7上进行机械打磨

进一步的，具体步骤为：

S31、先在平面7上进行粗磨抛光。具体地，在本实施例中选择用手持式打磨机在平面7上进行打磨，其中，该手持式打磨机的砂轮粒度为80-120目，加工时间为2-5min，先粗略地去除平面7上因加工而形成的损伤层。

S32、再在平面7上进行精磨抛光，直至表面有反光，出现镜面为止。具体地，在本实施例中选择用手持式打磨机在平面7上进行打磨，其中，该手持式打磨机的砂轮粒度为300-500目,加工时间为1-3min，精磨使为了更好地去除平面7上的损伤层，为后续清洗平面7，提高测试精度做准备。

在本实施例中，也可以选择其他形式的机械打磨，如SiC磨块或金刚石树脂磨块进行打磨抛光，这里不做限制。采用机械抛光替代化学抛光，不仅可以降低因化学试剂而引起的安全风险，也减少了环境污染，而且还可随时把控打磨抛光的效果，同时也无需打磨很大的尺寸范围，方便且时间缩短，降低了生产成本。

S4、清洗所述平面

具体的，用无尘纸沾酒精的方式对平面7进行轻轻擦拭，目的是为了去除表面灰尘，清洗表面其他杂质，最大限度地降低少子寿命的影响因素。

S5、采用少子寿命测试仪器对所述平面进行测试

进一步的，在平面7上采用少子寿命测试仪器对平面7进行少子寿命测试，该测试结果即为被测位置N处在圆棒1上的少子寿命，若测试结果大于标准少子寿命值，则可以被测位置N处为基准，对圆棒1进行划线取段。若测试结果小于标准少子寿命值，则沿棱线8的方向并远离被测位置N的40-50mm处，重新选取被测位置，重复步骤S1-S5，再进行少子寿命测试。

实施例一：

S1、在6组P型单晶圆棒体柱面上的选择的第一距离h1为10mm；第二距离h2为圆弧M1M2的1/3，且被测位置N位于圆弧M1M2上的1/3处。

S2、在上述被测位置N上，统一用手持式电磨机分别进行加工平面7，平面7的面积为3-8mm²。

S3、先用手持式打磨机在平面7上进行粗磨，该手持式打磨机的砂轮粒度为100目，加工时间为4min；再用同一个手持式打磨机在平面7上进行精磨，砂轮粒度为400目,加工时间为3min。

S4、用无尘纸沾酒精的方式对平面7进行轻轻擦拭。

S5、在截面A-A上，每组单晶圆棒有四个棱线，每一个棱线的同一位置处取一被测位置，分别是N1、N2、N3和N4，如图5所示，采用WT1200B少子寿命测试仪器对这四个被测位置N1、N2、N3和N4进行测试，取其平均值，即为该被测位置N所在单晶圆棒体柱面上的少子寿命。

对比例一：

对实施例一中的6组P型单晶圆棒，采用现有技术进行少子寿命测试，在每组单晶圆棒尾部上第一距离h1所在处进行端面取样，其中h1为10mm，样片厚度为5mm；再对样片进行化学抛光腐蚀和钝化预处理；最后在样片周缘上，靠近每一个棱线的第二距离h2是圆弧M1M2上的1/3处，每一个棱线的同向的同一位置处取一被测位置，分别是N1′、N2′、N3′和N4′，采用WT1200B少子寿命测试仪器对这四个被测位置N1′、N2′、N3′和N4′进行测试，并取其平均值，即为该样片上所在单晶圆棒体柱面上的少子寿命。

当h1＝10mm，h2＝1/3的圆弧M1M2，实施例一和对比例一的测试结果如表1所示。

表1 h1＝10mm，h2＝1/3圆弧M1M2时，实施例一与对比例一的测试结果对比

实施例二：

S1、在6组P型单晶圆棒体柱面上的选择的第一距离h1为50mm；第二距离h2为圆弧M1M2的1/3，且被测位置N位于圆弧M1M2上的1/3处。

S2、在上述被测位置N上，统一用手持式电磨机分别进行加工平面7，平面7的面积为3-8mm²。

S3、先用手持式打磨机在平面7上进行粗磨，该手持式打磨机的砂轮粒度为100目，加工时间为4min；再用同一个手持式打磨机在平面7上进行精磨，砂轮粒度为400目,加工时间为3min。

S4、用无尘纸沾酒精的方式对平面7进行轻轻擦拭。

S5、在截面A-A上，每组单晶圆棒有四个棱线，每一个棱线的同一位置处取一被测位置，分别是N1、N2、N3和N4，如图5所示，采用WT1200B少子寿命测试仪器对这四个被测位置N1、N2、N3和N4进行测试，取其平均值，即为该被测位置N所在单晶圆棒体柱面上的少子寿命。

对比例二：

对实施例二中的6组P型单晶圆棒，采用现有技术进行少子寿命测试，在每组单晶圆棒尾部上第一距离h1所在处进行端面取样，其中h1为50mm，样片厚度为5mm；再对样片进行化学抛光腐蚀和钝化预处理；最后在样片周缘上，靠近每一个棱线的第二距离h2是圆弧M1M2上的1/3处，每一个棱线的同向的同一位置处取一被测位置，分别是N1′、N2′、N3′和N4′，采用WT1200B少子寿命测试仪器对这四个被测位置N1′、N2′、N3′和N4′进行测试，并取其平均值，即为该样片上所在单晶圆棒体柱面上的少子寿命。

当h1＝50mm，h2＝1/3的圆弧M1M2，实施例二和对比例二的测试结果如表2所示。

表2 h1＝50mm，h2＝1/3圆弧M1M2时，实施例二与对比例二的测试结果对比

由上述表1-表2可以看出，与现有技术的少子寿命测试方法相比，对于同一测试条件下的同一位置的单晶圆棒，采用本发明的测试方法所测的6组测试结果接近于现有技术测试方法所测的少子寿命，所有测试数据稳定且再现性较好，数据的差值波动很小，可准确反应单晶圆棒的少子寿命的结果。同时还可以看出，无论是本发明的测试方法还是现有技术的测试方法，对于同一测试位置方向上的少子寿命随着测试位置远离单晶圆棒尾部的长度增加而均成正向增加，且数据稳定，6组之间的差值波动亦很均匀，可正确反应单晶圆棒的少子寿命的结果。

采用本发明的少子寿命测试方法，先提前测试圆棒体柱面的少子寿命值做参考，再根据测试结果进行划线分段，这一过程省去了现有技术中因提前划线分段而需多次周转单晶圆棒至切割机上切料取样的工序，可减少非标准圆棒产品的数量，也避免了现场圆棒的积压，缩短了后续粘棒与切片的生产时间，提高了生产率，也提高了产品的成品率。而且，本测试方法也取消了化学钝化腐蚀工序，也未影响最终的少子寿命测试结果，所有过程操作方便、可控性高，同时缩短了测试周期且准确率高，配合人员少且不影响后续生产加工。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种单晶圆棒少子寿命测试方法，其特征在于，所述测试方法步骤为：

S1、在所述圆棒体柱面上选出被测位置；

S2、在所述被测位置上进行加工平面；

S3、在所述平面上进行机械打磨；

S4、清洗所述平面；

S5、采用少子寿命测试仪器对所述平面进行测试；

所述S1具体步骤为：

S11、在所述圆棒的体柱面上找出与所述圆棒轴向平行的四个棱线，并选出任一所述棱线；

S12、在沿所述棱线方向远离所述圆棒尾部端面取第一距离；

S13、在所述第一距离范围内，并垂直于所述棱线的截面上，在靠近所述棱线位置且置于相邻所述棱线之间连接的圆弧面上取第二距离；

S14、所述被测位置设于所述第二距离范围内。

2.根据权利要求1所述的一种单晶圆棒少子寿命测试方法，其特征在于，所述第一距离为10-50mm。

3.根据权利要求1所述的一种单晶圆棒少子寿命测试方法，其特征在于，所述第二距离小于相邻所述棱线之间圆弧长度的1/2。

4.根据权利要求3所述的一种单晶圆棒少子寿命测试方法，其特征在于，所述第二距离小于或等于相邻所述棱线之间圆弧长度的1/3。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种单晶圆棒少子寿命测试方法，其特征在于，所述S2包括在所述被测位置上磨出一平整平面，所述平面面积为3-8mm²。

6.根据权利要求5所述的一种单晶圆棒少子寿命测试方法，其特征在于，所述S3具体步骤为：

S31、先在所述平面上进行粗磨抛光；

S32、再在所述平面上进行精磨抛光，直至表面有反光。

7.根据权利要求6所述的一种单晶圆棒少子寿命测试方法，其特征在于，所述S31还包括用手持式打磨机在所述平面上进行打磨，所述打磨机所用砂轮粒度为80-120目，加工时间为2-5min。

8.根据权利要求6所述的一种单晶圆棒少子寿命测试方法，其特征在于，所述S32还包括用手持式打磨机在所述平面上进行打磨，所述打磨机所用砂轮粒度为300-500目,加工时间为1-3min。

9.根据权利要求1-4、6-8任一项所述的一种单晶圆棒少子寿命测试方法，其特征在于，在所述S4包括用无尘纸沾酒精对所述平面进行擦拭，清洗表面灰尘。

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