CN111912811B - 测量单晶硅中元素含量的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种测量单晶硅中元素含量的方法及装置，属于半导体技术领域。测量单晶硅中元素含量的方法，包括：将单晶硅样品切割成固定尺寸的单晶硅样品块；形成包覆所述单晶硅样品块表面的保护膜，所述保护膜不含氧元素且所述保护膜的熔点低于所述单晶硅样品的熔点；对所述单晶硅样品块进行第一阶段的煅烧，使得所述保护膜完全挥发，所述第一阶段的煅烧温度低于所述单晶硅样品块的熔点；对所述单晶硅样品块进行第二阶段的煅烧，使得所述单晶硅样品块熔化，并对煅烧得到的气体进行检测，得到所述单晶硅样品块的氧，氮，氢含量。本发明能够有效提高单晶硅中元素含量的检测准确性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是指一种测量单晶硅中元素含量的方法及装置。
背景技术
在大尺寸半导体级单晶硅片的工艺过程中，氧由石英坩埚的分解进入硅棒中，占据单晶硅晶格的间隙位置。由于分凝机制，在熔体生长过程中，杂质的分布由其在熔体中的分凝系数决定，氧在硅中的分凝系数<1，在晶体生长过程中氧趋向于向固体硅聚集。氧在晶棒轴向的分布是由头部至尾部，逐步降低，而在径向的分布，则由固液界面的形状决定。
对于制作硅锭和硅片，得知硅锭内间隙位置处的氧分布为重要的，因为此杂质在将锭冷却时、或在后续制造半导体装置期间，会引起许多缺陷。尤其是在350℃至500℃之间的温度，氧形成称为热施主，其因制造自由电子而影响材料的电性质。在较高温，氧形成沉淀物而捕获存在于硅中之金属杂质，如此会造成内吸杂效应。最后，对于光伏应用，氧浓度高造成性能降低，尤其是因为硼-氧化合物活化而使硼系光伏电池在光照下的转化效率降低。硅单晶中位于间隙式的氧原子浓度的高低，除了会影响晶体中微缺陷的形成外，也会影响硅单晶片的机械性能，因此氧在硅单晶中的浓度(含量)和氧浓度的分布是表征晶体内在质量的一个重要参数。
检测氧含量的方法有FTIR(傅里叶变换红外检测)和GFA(气相熔融分析法)等，这两种方法最为常用，GFA法是用来检测硅中的总体氧含量和FTIR法无法检测的样品。
另外，随着微电子产业的线宽不断的减小，对硅片的品质要求也越来越高，因此出现了向硅片中掺杂氮元素N和氢元素H的方法，在通常条件下生长的大直径单晶硅中，空位可以减小氧沉淀的临界形核半径，同时增大其形核速率。在大直径直拉单晶硅中掺杂氮，掺杂氢后，氧沉淀的形核能力得到促进，其引起的沉淀核心密度比普通的CZ硅(即藉丘克拉斯基法得到的单晶硅)高出近一个数量级，而且氮在高温下能促进氧沉淀的形核。所以在掺氮，掺氢单晶硅中，氧沉淀的形核主要是由氮的浓度决定，而非常规CZ硅中由空位决定，所以对氮，氢的浓度的测试是有必要的
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种测量单晶硅中元素含量的方法及装置，能够有效提高单晶硅中元素含量的检测准确性。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供一种测量单晶硅中元素含量的方法，包括：
将单晶硅样品切割成固定尺寸的单晶硅样品块；
形成包覆所述单晶硅样品块表面的保护膜，所述保护膜不含氧元素且所述保护膜的熔点低于所述单晶硅样品的熔点；
对所述单晶硅样品块进行第一阶段的煅烧，使得所述保护膜完全挥发，所述第一阶段的煅烧温度低于所述单晶硅样品块的熔点；
对所述单晶硅样品块进行第二阶段的煅烧，使得所述单晶硅样品块熔化，并对煅烧得到的气体进行检测，得到所述单晶硅样品块的氧，氮，氢含量。
一些实施例中，所述形成包覆所述单晶硅样品块表面的保护膜之前，所述方法还包括：
对所述单晶硅样品块进行清洗，去除所述单晶硅样品块表面的氧化膜。
一些实施例中，采用HF对所述单晶硅样品块进行清洗。
一些实施例中，对所述单晶硅样品块进行煅烧包括：
将所述单晶硅样品块放入石墨坩埚内进行煅烧。
一些实施例中，对煅烧得到的气体进行检测包括：
所述单晶硅样品块中的氧元素与所述石墨坩埚反应形成包含一氧化碳和二氧化碳的煅烧气体，通过红外检测器对煅烧得到的一氧化碳和二氧化碳进行检测，得到所述单晶硅样品块的氧含量。
一些实施例中，通过红外检测器对煅烧得到的一氧化碳和二氧化碳进行检测之后，所述方法还包括：
控制所述煅烧气体流经加热的试剂，使得所述煅烧气体中的氢气被氧化形成H2O，从所述煅烧气体中洗涤出H2O，对所述H2O进行检测，得到所述单晶硅样品块的氢含量。
一些实施例中，从所述煅烧气体中洗涤出H2O之后，所述方法还包括：
对所述煅烧气体中的氮气进行检测，得到所述单晶硅样品块的氮含量。
一些实施例中，所述保护膜采用石蜡。
一些实施例中，在所述第一阶段，将所述单晶硅样品块加热至30～100℃，加热10～100s，使石蜡完全熔化；
在所述第二阶段，将所述单晶硅样品块加热至1400～1500℃，加热10～100s，使得所述单晶硅样品块熔化。
一些实施例中，在所述第一阶段和所述第二阶段之间，所述方法还包括：
将所述单晶硅样品块加热至300～400℃，加热10～100s，同时通入惰性气体，使得石蜡完全挥发。
本发明的实施例提供了一种测量单晶硅中元素含量的装置，包括：
切割单元，用于将单晶硅样品切割成固定尺寸的单晶硅样品块；
处理单元，用于形成包覆所述单晶硅样品块表面的保护膜，所述保护膜不含氧元素且所述保护膜的熔点低于所述单晶硅样品的熔点；
煅烧单元，用于对所述单晶硅样品块进行第一阶段的煅烧，使得所述保护膜完全挥发；对所述单晶硅样品块进行第二阶段的煅烧，使得所述单晶硅样品块熔化，所述第一阶段的煅烧温度低于所述单晶硅样品块的熔点；
检测单元，用于对煅烧得到的气体进行检测，得到所述单晶硅样品块的氧，氮，氢含量。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，在将单晶硅样品切割成固定尺寸的单晶硅样品块后，形成包覆单晶硅样品块表面的保护膜，保护膜不含氧元素，保护膜能够防止单晶硅样品块被氧化，这样不管放置多久，单晶硅样品块也不会被氧化，单晶硅样品块中的氧含量也不会发生变化，之后对单晶硅样品块进行煅烧，对煅烧得到的气体进行检测，即可得到单晶硅样品块的氧含量；另外，本实施例中，在对单晶硅样品块进行煅烧时，首先进行第一阶段的煅烧，第一阶段的煅烧能够使保护膜完全挥发，这样通过第一阶段的煅烧能够有效去除保护膜，避免保护膜后续影响元素含量的检测结果；同时第一阶段的煅烧温度低于单晶硅样品块的熔点，第一阶段单晶硅样品块不会熔化，单晶硅样品块中的待测元素仍旧保留在单晶硅样品块中，能够保证后续检测元素含量数据的准确性。通过本实施例的技术方案，能够有效提高单晶硅样品块中元素含量数据的准确性，保证对硅片品质能够进行正确评价，并且在进行多种样品测试时能够保证误差的一致性。
附图说明
图1为本发明实施例测量单晶硅中元素含量的流程示意图；
图2为本发明具体实施例测量单晶硅中元素含量的流程示意图；
图3为本发明实施例的加热曲线示意图；
图4为本发明实施例测量单晶硅中元素含量的装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
GFA(气相熔融分析法)可以用于难熔金属和其他无机材料中的氧气，氮气和氢气含量的测量，测量硅片中的氧气，氮气和氢气含量需要使用GFA(气相熔融分析法)。
GFA是将预先称重的样品放在石墨坩埚中，将其在脉冲炉中加热以释放分析物气体。样品中存在的氧与石墨坩埚反应形成CO和CO2。惰性气体载体(通常为氦气)通过质量流量控制器和一系列检测器将释放出的分析物气体从炉中清除，使用非分散红外(NDIR)池检测分析物气体中的CO和CO2，可以得到氧含量数据。然后，分析物气体流经加热的试剂，在该试剂中CO被氧化形成CO2，而分析物气体中的H2被氧化形成H2O。分析物气体继续通过另一组NDIR池，在其中检测到H2O和CO2，然后从载气气流中洗涤出CO2和H2O，通过分析H2O可以得到氢含量数据，通过热导(TC)检测器检测剩下的分析物气体中的N2可以得到氮含量数据。
在使用GFA时，需要将样品切割成一定大小的小块，然后将样品清洗，再放入石墨坩埚中，最终煅烧加入了样品的石墨坩埚。但是在GFA的检测过程中，在单晶硅样品块经过清洗后，放入坩埚中等待煅烧的过程中，由于无法准确的控制等待时间，在这一段时间内，单晶硅样品块就会被氧化，这一部分的氧，就会被计算进单晶硅样品块的氧含量中，导致最终结果的误差。一方面，导致单晶硅样品块的氧含量增加，影响对硅片品质的正确评价；另一方面，由于等待时间的不确定，单晶硅样品块表面被氧化的程度不一致，导致后续多样品数据修正的不准确性，最终导致对硅片品质的评价。
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种测量单晶硅中元素含量的方法及装置，能够有效提高单晶硅中元素含量的检测准确性。
本发明实施例提供一种测量单晶硅中元素含量的方法，如图1所示，包括：
步骤101：将单晶硅样品切割成固定尺寸的单晶硅样品块；
步骤102：形成包覆所述单晶硅样品块表面的保护膜，所述保护膜不含氧元素且所述保护膜的熔点低于所述单晶硅样品的熔点；
步骤103：对所述单晶硅样品块进行第一阶段的煅烧，使得所述保护膜完全挥发，所述第一阶段的煅烧温度低于所述单晶硅样品块的熔点；
步骤104：对所述单晶硅样品块进行第二阶段的煅烧，使得所述单晶硅样品块熔化，并对煅烧得到的气体进行检测，得到所述单晶硅样品块的氧，氮，氢含量。
本实施例中，在将单晶硅样品切割成固定尺寸的单晶硅样品块后，形成包覆单晶硅样品块表面的保护膜，保护膜不含氧元素，保护膜能够防止单晶硅样品块被氧化，这样不管放置多久，单晶硅样品块也不会被氧化，单晶硅样品块中的氧含量也不会发生变化，之后对单晶硅样品块进行煅烧，对煅烧得到的气体进行检测，即可得到单晶硅样品块的氧含量；另外，本实施例中，在对单晶硅样品块进行煅烧时，首先进行第一阶段的煅烧，第一阶段的煅烧能够使保护膜完全挥发，这样通过第一阶段的煅烧能够有效去除保护膜，避免保护膜后续影响元素含量的检测结果；同时第一阶段的煅烧温度低于单晶硅样品块的熔点，第一阶段单晶硅样品块不会熔化，单晶硅样品块中的待测元素仍旧保留在单晶硅样品块中，能够保证后续检测元素含量数据的准确性。通过本实施例的技术方案，能够有效提高单晶硅样品块中元素含量数据的准确性，保证对硅片品质能够进行正确评价，并且在进行多种样品测试时能够保证误差的一致性。
一些实施例中，所述形成包覆所述单晶硅样品块表面的保护膜之前，所述方法还包括：
对所述单晶硅样品块进行清洗，去除所述单晶硅样品块表面的氧化膜。
清洗的目的是洗去单晶硅样品块表面的氧化膜，确保检测的准确性。具体地，可以采用HF对所述单晶硅样品块进行清洗。清洗的过程为如下公式：
SiO2+2HF＝SiF4+2H2O。
一些实施例中，对所述单晶硅样品块进行煅烧包括：
将所述单晶硅样品块放入石墨坩埚内进行煅烧。硅中的O2+C＝CO+CO2，即单晶硅样品块中的氧被石墨中的碳还原成一氧化碳和二氧化碳。
一些实施例中，对煅烧得到的气体进行检测包括：
所述单晶硅样品块中的氧元素与所述石墨坩埚反应形成包含一氧化碳和二氧化碳的煅烧气体，通过红外检测器对煅烧得到的一氧化碳和二氧化碳进行检测，得到所述单晶硅样品块的氧含量。
一些实施例中，通过红外检测器对煅烧得到的一氧化碳和二氧化碳进行检测之后，所述方法还包括：
控制所述煅烧气体流经加热的试剂，使得所述煅烧气体中的氢气被氧化形成H2O，从所述煅烧气体中洗涤出H2O，对所述H2O进行检测，得到所述单晶硅样品块的氢含量。
一些实施例中，从所述煅烧气体中洗涤出H2O之后，所述方法还包括：
对所述煅烧气体中的氮气进行检测，得到所述单晶硅样品块的氮含量。
一些实施例中，所述保护膜可以采用石蜡，当然，本实施例的保护膜并不局限于采用石蜡，还可以采用其他不含氧、熔点低于硅的熔点的材料。
以保护膜采用石蜡为例，如图2所示，本实施例的测量单晶硅中元素含量的方法包括以下步骤：
步骤201：将单晶硅样品切割成固定尺寸的单晶硅样品块；
本步骤中，可以把单晶硅样品切成需要的大小和形状的单晶硅样品块。
步骤202：对所述单晶硅样品块进行清洗，去除所述单晶硅样品块表面的氧化膜；
清洗的目的是洗去单晶硅样品块表面的氧化膜，确保检测的准确性。具体地，可以采用HF对所述单晶硅样品块进行清洗。清洗的过程为如下公式：
SiO2+2HF＝SiF4+2H2O。
步骤203：形成包覆所述单晶硅样品块表面的石蜡；
石蜡的成分为碳和氢，不含氧元素，能够防止单晶硅样品块被氧化，保证氧含量数据的准确性；但石蜡中含有氢，可能会影响后续氢含量的测量。
步骤204：对单晶硅样品块进行称重，用于后续计算元素含量；
步骤205：对所述单晶硅样品块进行煅烧，如图3所示，在第一阶段，将所述单晶硅样品块加热至30～100℃，加热10～100s，使石蜡完全熔化；之后将所述单晶硅样品块加热至300～400℃，加热10～100s，同时通入惰性气体，使得石蜡完全挥发；在第二阶段，将所述单晶硅样品块加热至1400～1500℃，加热10～100s，使得所述单晶硅样品块熔化；
为了排除石蜡对氢含量测量的影响，本实施例分阶段加热，在单晶硅样品块熔化之前，将所述单晶硅样品块加热至30～100℃，加热10～100s，使石蜡完全熔化；之后将所述单晶硅样品块加热至300～400℃，加热10～100s，同时通入惰性气体排空气路，使得石蜡完全挥发，这样石蜡不会影响后续元素含量的测量。在第二阶段对单晶硅样品块进行加热之前，石蜡已经熔化挥发，不会影响测试的结果。
步骤206：通过红外检测器对煅烧得到的气体进行检测，得到所述单晶硅样品块的氧含量；
具体地，可以通过红外检测器对煅烧得到的气体中一氧化碳和二氧化碳的量进行检测，可以最终计算出氧的含量。
步骤207：控制所述煅烧气体流经加热的试剂，使得所述煅烧气体中的氢气被氧化形成H2O，从所述煅烧气体中洗涤出H2O，对所述H2O进行检测，得到所述单晶硅样品块的氢含量；
步骤208：对所述煅烧气体中的氮气进行检测，得到所述单晶硅样品块的氮含量。
本实施例中，采用石蜡保护的方法防止单晶硅样品块表面的氧化，但石蜡的成分为碳和氢，不含氧元素，虽然解决了氧含量测量的准确的问题，但同时可能会影响氢含量的测量。为此，本实施例分阶段对单晶硅样品块进行煅烧，排除石蜡的干扰。
本发明的实施例提供了一种测量单晶硅中元素含量的装置，如图4所示，包括：
切割单元31，用于将单晶硅样品切割成固定尺寸的单晶硅样品块；
处理单元33，用于形成包覆所述单晶硅样品块表面的保护膜，所述保护膜不含氧元素且所述保护膜的熔点低于所述单晶硅样品的熔点；
一具体示例中，保护膜可以采用石蜡，石蜡的成分为碳和氢，不含氧元素，能够防止单晶硅样品块被氧化；同时石蜡熔点低，一方面在形成包覆所述单晶硅样品块表面的保护膜时易于操作，另一方面后续在对单晶硅样品块进行煅烧时，在温度达到硅的熔点之前，石蜡已经熔化挥发，不会影响测试的结果。
煅烧单元34，用于对所述单晶硅样品块进行第一阶段的煅烧，使得所述保护膜完全挥发；对所述单晶硅样品块进行第二阶段的煅烧，使得所述单晶硅样品块熔化，所述第一阶段的煅烧温度低于所述单晶硅样品块的熔点；
一些实施例中，对所述单晶硅样品块进行煅烧包括：将清洗后的单晶硅样品块放入石墨坩埚，对石墨坩埚进行煅烧；
硅中的O2+C＝CO+CO2，即单晶硅样品块中的氧被石墨中的碳还原成一氧化碳和二氧化碳。
检测单元35，用于对煅烧得到的气体进行检测，得到所述单晶硅样品块的氧含量。
一些实施例中，对煅烧得到的气体进行检测包括：
所述单晶硅样品块中的氧元素与所述石墨坩埚反应形成包含一氧化碳和二氧化碳的煅烧气体，通过红外检测器对煅烧得到的一氧化碳和二氧化碳进行检测，得到所述单晶硅样品块的氧含量。
一些实施例中，通过红外检测器对煅烧得到的一氧化碳和二氧化碳进行检测之后，控制所述煅烧气体流经加热的试剂，使得所述煅烧气体中的氢气被氧化形成H2O，从所述煅烧气体中洗涤出H2O，对所述H2O进行检测，得到所述单晶硅样品块的氢含量。
一些实施例中，从所述煅烧气体中洗涤出H2O之后，对所述煅烧气体中的氮气进行检测，得到所述单晶硅样品块的氮含量。
本实施例中，在将单晶硅样品切割成固定尺寸的单晶硅样品块后，形成包覆单晶硅样品块表面的保护膜，保护膜不含氧元素，保护膜能够防止单晶硅样品块被氧化，这样不管放置多久，单晶硅样品块也不会被氧化，单晶硅样品块中的氧含量也不会发生变化，之后对单晶硅样品块进行煅烧，对煅烧得到的气体进行检测，即可得到单晶硅样品块的氧含量；另外，本实施例中，在对单晶硅样品块进行煅烧时，首先进行第一阶段的煅烧，第一阶段的煅烧能够使保护膜完全挥发，这样通过第一阶段的煅烧能够有效去除保护膜，避免保护膜后续影响元素含量的检测结果；同时第一阶段的煅烧温度低于单晶硅样品块的熔点，第一阶段单晶硅样品块不会熔化，单晶硅样品块中的待测元素仍旧保留在单晶硅样品块中，能够保证后续检测元素含量数据的准确性。通过本实施例的技术方案，能够有效提高单晶硅样品块中元素含量数据的准确性，保证对硅片品质能够进行正确评价，并且在进行多种样品测试时能够保证误差的一致性。
一些实施例中，如图4所示，所述装置还包括：
清洗单元32，用于对切割后得到的所述单晶硅样品块进行清洗，去除所述单晶硅样品块表面的氧化膜。清洗的目的是洗去单晶硅样品块表面的氧化膜，确保检测的准确性。具体地，可以采用HF对所述单晶硅样品块进行清洗。清洗的过程为如下公式：
SiO2+2HF＝SiF4+2H2O。
一些实施例中，所述装置还包括：
称重单元，在对所述单晶硅样品块进行清洗后，还可以称重得到清洗后单晶硅样品块的质量，用于计算单晶硅样品块的元素含量。
在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，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，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。
需要说明，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种测量单晶硅中元素含量的方法，其特征在于，包括：
将单晶硅样品切割成固定尺寸的单晶硅样品块；
形成包覆所述单晶硅样品块表面的保护膜，所述保护膜不含氧元素且所述保护膜的熔点低于所述单晶硅样品的熔点；
对所述单晶硅样品块进行第一阶段的煅烧，使得所述保护膜完全挥发，所述第一阶段的煅烧温度低于所述单晶硅样品块的熔点；
对所述单晶硅样品块进行第二阶段的煅烧，使得所述单晶硅样品块熔化，并对煅烧得到的气体进行检测，得到所述单晶硅样品块的氧，氮，氢含量；
其中，所述保护膜采用石蜡，所述方法具体包括：
在所述第一阶段，将所述单晶硅样品块加热至30～100℃，加热10～100s，使石蜡完全熔化；
在所述第二阶段，将所述单晶硅样品块加热至1400～1500℃，加热10～100s，使得所述单晶硅样品块熔化；
在所述第一阶段和所述第二阶段之间，所述方法还包括：
将所述单晶硅样品块加热至300～400℃，加热10～100s，同时通入惰性气体，使得石蜡完全挥发。
2.根据权利要求1所述的测量单晶硅中元素含量的方法，其特征在于，所述形成包覆所述单晶硅样品块表面的保护膜之前，所述方法还包括：
对所述单晶硅样品块进行清洗，去除所述单晶硅样品块表面的氧化膜。
3.根据权利要求2所述的测量单晶硅中元素含量的方法，其特征在于，采用HF对所述单晶硅样品块进行清洗。
4.根据权利要求1所述的测量单晶硅中元素含量的方法，其特征在于，对所述单晶硅样品块进行煅烧包括：
将所述单晶硅样品块放入石墨坩埚内进行煅烧。
5.根据权利要求4所述的测量单晶硅中元素含量的方法，其特征在于，对煅烧得到的气体进行检测包括：
所述单晶硅样品块中的氧元素与所述石墨坩埚反应形成包含一氧化碳和二氧化碳的煅烧气体，通过红外检测器对煅烧得到的一氧化碳和二氧化碳进行检测，得到所述单晶硅样品块的氧含量。
6.根据权利要求5所述的测量单晶硅中元素含量的方法，其特征在于，通过红外检测器对煅烧得到的一氧化碳和二氧化碳进行检测之后，所述方法还包括：
控制所述煅烧气体流经加热的试剂，使得所述煅烧气体中的氢气被氧化形成H2O，从所述煅烧气体中洗涤出H2O，对所述H2O进行检测，得到所述单晶硅样品块的氢含量。
7.根据权利要求6所述的测量单晶硅中元素含量的方法，其特征在于，从所述煅烧气体中洗涤出H2O之后，所述方法还包括：
对所述煅烧气体中的氮气进行检测，得到所述单晶硅样品块的氮含量。
8.一种测量单晶硅中元素含量的装置，其特征在于，包括：
切割单元，用于将单晶硅样品切割成固定尺寸的单晶硅样品块；
处理单元，用于形成包覆所述单晶硅样品块表面的保护膜，所述保护膜不含氧元素且所述保护膜的熔点低于所述单晶硅样品的熔点；
煅烧单元，用于对所述单晶硅样品块进行第一阶段的煅烧，使得所述保护膜完全挥发；对所述单晶硅样品块进行第二阶段的煅烧，使得所述单晶硅样品块熔化，所述第一阶段的煅烧温度低于所述单晶硅样品块的熔点；
检测单元，用于对煅烧得到的气体进行检测，得到所述单晶硅样品块的氧，氮，氢含量；
其中，所述保护膜采用石蜡；
所述煅烧单元具体用于在所述第一阶段，将所述单晶硅样品块加热至30～100℃，加热10～100s，使石蜡完全熔化；
在所述第二阶段，将所述单晶硅样品块加热至1400～1500℃，加热10～100s，使得所述单晶硅样品块熔化；
所述煅烧单元还用于在所述第一阶段和所述第二阶段之间，将所述单晶硅样品块加热至300～400℃，加热10～100s，同时通入惰性气体，使得石蜡完全挥发。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4800747A (en) * | 1987-02-28 | 1989-01-31 | Horiba, Ltd. | Method of measuring oxygen in silicon |
| JPH04223265A (ja) * | 1990-12-26 | 1992-08-13 | Komatsu Electron Metals Co Ltd | シリコン中の酸素濃度測定方法 |
| JPH10326775A (ja) * | 1997-03-24 | 1998-12-08 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 珪素半導体結晶及びその製造方法 |
| US5885346A (en) * | 1997-03-24 | 1999-03-23 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Silicon semiconductor crystal and a method for manufacturing it |
| US6132939A (en) * | 1997-09-24 | 2000-10-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method for forming photoresist pattern |
| CN101446563A (zh) * | 2007-11-26 | 2009-06-03 | 北京有色金属研究总院 | 一种鉴别和测量半导体材料中掺杂元素的方法 |
| JP2009256177A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-11-05 | Kyocera Corp | 単結晶シリコン粒子およびその製造方法 |
| JP2010118464A (ja) * | 2008-11-12 | 2010-05-27 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 |
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4800747A (en) * | 1987-02-28 | 1989-01-31 | Horiba, Ltd. | Method of measuring oxygen in silicon |
| JPH04223265A (ja) * | 1990-12-26 | 1992-08-13 | Komatsu Electron Metals Co Ltd | シリコン中の酸素濃度測定方法 |
| JPH10326775A (ja) * | 1997-03-24 | 1998-12-08 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 珪素半導体結晶及びその製造方法 |
| US5885346A (en) * | 1997-03-24 | 1999-03-23 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Silicon semiconductor crystal and a method for manufacturing it |
| US6132939A (en) * | 1997-09-24 | 2000-10-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method for forming photoresist pattern |
| CN101446563A (zh) * | 2007-11-26 | 2009-06-03 | 北京有色金属研究总院 | 一种鉴别和测量半导体材料中掺杂元素的方法 |
| JP2009256177A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-11-05 | Kyocera Corp | 単結晶シリコン粒子およびその製造方法 |
| JP2010118464A (ja) * | 2008-11-12 | 2010-05-27 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 |
| DE102014012914A1 (de) * | 2014-09-05 | 2016-03-10 | Elementar Analysensysteme Gmbh | Verfahren sowie Analysegeräte für die wahlweise Analyse von einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben |
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