硅片导电类型的判定方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种硅片导电类型的判定方法。

背景技术

单晶硅作为晶体材料的重要组成部分，广泛应用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域。

随着工艺水平的不断进步，工艺要求也不断提高。部分半导体器件要求硅片具有极高电阻率(例如超过1000ohm·cm)，以减小器件间寄生电容的影响，降低器件间的信号传输损耗，以便在硅片表面更密集地排布半导体器件。现有技术中，通常会采用直拉法生长单晶硅，并在单晶硅中掺入少量掺杂剂(或不添加掺杂剂)以获得高阻值的单晶硅，其制成的硅片的导电类型需要经过测量才能确定。目前常用的硅片导电类型的判定方法为冷热探针法和表面光电压法。

其中，冷热探针法利用温差电效应的原理，将具有不同温度的两个金属探针分别压在硅片表面的两个接触点上，两个所述金属探针与一检流计(或数字电压表)连接，根据两个接所述触点处存在温差所引起的温差电流(或温差电压)的方向即可确定所述硅片的导电类型。然而，冷热探针法对于较厚的硅片的识别力较强，对于测试设备和操作的要求较高，不适合用于测量高电阻率的硅片。所述表面光电压法根据光照前后硅片的表面电势差来判断所述硅片的导电类型，当硅片被光照射时表面会产生非平衡载流子，使得所述硅片的表面电势发生改变，从而确定所述硅片的导电类型。然而，硅片表面存在的静电荷或损伤层均会影响测试结果的准确性，不适合用于测量高电阻率的硅片。此外，上述两种方法对测试设备的要求较高，测试成本较大。

鉴于此，亟需一种硅片导电类型的判定方法，用于测量高电阻率硅片的导电类型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅片导电类型的判定方法，用于判断具有高电阻率的硅片的导电类型，且测试结果不受硅片的表面电荷的影响，操作简单，对设备和成本的要求较低。

为了达到上述目的，本发明提供了一种硅片导电类型的判定方法，包括：

提供待测硅片，对所述待测硅片进行第一次电阻率测试，得到第一电阻率；

对所述待测硅片进行热处理；

对所述待测硅片进行第二次电阻率测试，得到第二电阻率；以及，

对比所述第一电阻率和所述第二电阻率，判断所述待测硅片的导电类型。

可选的，所述待测硅片的电阻率为100ohm·cm～10000ohm·cm。

可选的，所述待测硅片的氧含量为5ppm～20ppm。

可选的，所述热处理的工艺温度为350℃～500℃，所述热处理的工艺气体包括氩气或氮气，所述热处理的时间为1min～60min。

可选的，若所述第一电阻率大于所述第二电阻率，则所述待测硅片的导电类型为N型，若所述第一电阻率小于所述第二电阻率，则所述待测硅片的导电类型为P型。

可选的，在测量所述待测硅片的第一电阻率之前，还包括：

对所述待测硅片进行快速热处理，以去除所述待测硅片中的热施主。

可选的，所述快速热处理的工艺温度为750℃～1250℃，工艺时间为30s～50s。

可选的，对所述待测硅片进行热处理之后，进行第二次电阻率测试之前，还包括：

将所述待测硅片冷却至18℃～28℃。

可选的，采用直排四探针法对所述待测硅片进行第一次电阻率测试和第二次电阻率测试。

可选的，对所述待测硅片进行第一次电阻率测试和第一次电阻率测试的测试区域相同，均为离所述待测硅片的边缘1cm～15cm以内的区域。

综上所述，本发明提供一种硅片导电类型的判定方法，包括：提供待测硅片，对所述待测硅片进行第一次电阻率测试，得到第一电阻率；对所述待测硅片进行热处理；对所述待测硅片进行第二次电阻率测试，得到第二电阻率；以及，对比所述第一电阻率和所述第二电阻率，判断所述待测硅片的导电类型。本发明用于判断具有高电阻率的硅片的导电类型，且测试结果不受硅片的表面电荷的影响，操作简单，对设备的要求低，成本低廉。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的硅片导电类型的判定方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1为本发明实施例提供的硅片导电类型的判定方法的流程图，参阅图1，本实施例所述的硅片导电类型的判定方法包括：

步骤S01：提供待测硅片，对所述待测硅片进行第一次电阻率测试，得到第一电阻率；

步骤S02：对所述待测硅片进行热处理；

步骤S03：对所述待测硅片进行第二次电阻率测试，得到第二电阻率；以及，

步骤S04：对比所述第一电阻率和所述第二电阻率，判断所述待测硅片的导电类型。

下面详细说明本实施例所述的硅片导电类型的判定方法。

首先，执行步骤S01，提供待测硅片，对所述待测硅片进行第一次电阻率测试，得到第一电阻率。本实施例中，采用直排四探针法进行所述第一次电阻率测试。具体的，将位于同一直线上的四个探针与所述待测硅片的表面相接触，在外侧的两个探针上施加一直流电流I，并在中间两个探针上外接高精度数字电压表测量电压V1，从而得到所述待测硅片的第一电阻率ρ1(ohm·cm)为：

其中，C为所述四个探针的探针系数，其大小取决于所述四个探针的针距和排列方式。可选的，所述直排四探针法的测试温度为18℃～28℃，测试区域为离所述待测硅片的边缘1cm～15cm以内的区域。在本发明的其他实施例中，可以根据实际情况调整所述直排四探针法的测试参数，也可以采用其他方法测量所述第一电阻率，本发明对此不作限制。本实施例中所述待测硅片为高电阻率的硅片，即所述待测硅片的电阻率为100ohm·cm～10000ohm·cm。可选的，所述待测硅片的氧含量为5ppm～20ppm。

本实施例中，在测量所述待测硅片的所述第一电阻率之前，还包括：对所述待测硅片进行快速热处理，以去除所述待测硅片中的热施主。可选的，所述快速热处理的工艺温度为750℃～1250℃，工艺时间为30s～50s。需要说明的是，所述待测硅片中的热施主是在直拉法生长单晶硅的过程中形成的，所述热施主的存在会对所述待测硅片的电阻率产生影响，从而影响硅片导电类型的测试结果。因此，在测量所述待测硅片的所述第一电阻率之前进行快速热处理可以去除所述待测硅片中的热施主，确保硅片导电类型的判定结果的准确性。

接着，执行步骤S02，对所述待测硅片进行热处理。本实施例中，所述热处理的工艺温度为400℃～500℃，所述热处理的工艺气体为氩气，所述热处理的时间为1min～60min，在本发明的其他实施例中，所述热处理的工艺温度可以根据实际需要进行调整，所述热处理的工艺气体可以根据实际需要调整为其他惰性气体，例如氮气，本发明对此不作限制。

可选的，由于所述待测硅片在进行热处理之后表面的温度较高，因此，对所述待测硅片进行热处理之后，进行所述第二次电阻率测试之前，还包括：将所述待测硅片冷却至18℃～28℃，从而确保所述第二电阻率的准确性。

接着，执行步骤S03，对所述待测硅片进行第二次电阻率测试，得到第二电阻率。与步骤S01相同，可以采用直排四探针法进行所述第二次电阻率测试。具体的，将位于同一直线上的四个探针与所述待测硅片的表面相接触，在外侧的两个探针上施加一直流电流I，并在中间两个探针上外接高精度数字电压表测量电压V2，从而得到所述待测硅片的所述第二电阻率ρ2(ohm·cm)为：

其中，C为所述四个探针的探针系数，其大小取决于所述四个探针的针距和排列方式。可选的，所述直排四探针法的测试温度为18℃～28℃，测试区域为离所述待测硅片的边缘1cm～15cm以内的区域，且所述第二次电阻率测试的测试区域与所述第一次电阻率测试的测试区域相同。在本发明的其他实施例中，可以根据实际情况调整所述直排四探针法的测试参数，也可以采用其他方法测量所述第二电阻率，本发明对此不作限制。

随后，执行步骤S04，对比所述第一电阻率和所述第二电阻率，判断所述待测硅片的导电类型。需要说明的是，所述待测硅片在所述热处理的过程中会产生热施主。由于半导体杂质补偿效应的存在，当所述待测硅片的导电类型为P型时，所述热施主会使所述待测硅片的电阻率增大，即第二电阻率大于第一电阻率；当所述待测硅片的导电类型为N型时，所述热施主会使所述待测硅片的电阻率减小，即第二电阻率小于第一电阻率，基于此机理可根据热处理前后直排四探针法测得的电阻率判断硅片的导电类型，即若所述第一电阻率大于所述第二电阻率，则所述待测硅片的导电类型为N型；若所述第一电阻率小于所述第二电阻率，则所述待测硅片的导电类型为P型。

需要说明的是，在判断所述待测硅片的导电类型之前，需要判断所述第一电阻率和所述第二电阻率的差值绝对值是否小于所述直排四探针法的测试设备的误差范围，若所述第一电阻率和所述第二电阻率的差值绝对值大于所述直排四探针法的测试设备的误差范围，则可以通过对比所述第一电阻率和所述第二电阻率的大小判断所述待测硅片的导电类型，若说是第一电阻率和所述第二电阻率的差值绝对值小于或等于所述直排四探针法的测试设备的误差范围，则需要对所述待测硅片再次进行刻蚀处理，并重新测量所述待测硅片的第二电阻率。在本发明的其他实施例中，也可以使用测试精度更高，误差范围更小的测试设备测试所述第一电阻率和所述第二电阻率。

下面以待测硅片X1～X4为例介绍本实施例提供的硅片导电类型的判定方法的应用情况：

当所述待测硅片X1～X4的电阻率范围均在100ohm·cm～10000ohm·cm之间，且氧含量为10ppm，所述直排四探针法的测试设备的误差范围在0ohm·cm～10ohm·cm之间时，本实施例在450℃的情况下对所述待测硅片X1～X4进行5min的热处理。所述待测硅片X1～X4分别对应的第一电阻率和第二电阻率如表1所示：

表1.待测硅片X1～X4分别对应的第一电阻率和第二电阻率：

参阅表1，所述待测硅片X1和X3的第一电阻率分别小于各自对应的第二电阻率，且所述待测硅片X1的第一电阻率与第二电阻率的差值绝对值为3486.5，所述待测硅片X3的第一电阻率与第二电阻率的差值绝对值为19845，均大于所述直排四探针法的测试设备的误差范围，因此，所述待测硅片X1和X3的导电类型为均P型；所述待测硅片X2和X4的第一电阻率分别大于各自对应的第二电阻率，且所述待测硅片X2的第一电阻率与第二电阻率的差值绝对值为1493.7，所述待测硅片X4的第一电阻率与第二电阻率的差值绝对值为2939.5，均大于所述直排四探针法的测试设备的误差范围，因此，所述待测硅片X2和X4的导电类型均为N型。

综上，本发明提供一种硅片导电类型的判定方法，包括：提供待测硅片，对所述待测硅片进行第一次电阻率测试，得到第一电阻率；对所述待测硅片进行热处理；对所述待测硅片进行第二次电阻率测试，得到第二电阻率；以及，对比所述第一电阻率和所述第二电阻率，判断所述待测硅片的导电类型。本发明用于判断具有高电阻率的硅片的导电类型，且测试结果不受硅片的表面电荷的影响，操作简单，对设备的要求低，成本低廉。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。