CN113125854A - 硅片导电类型的判定方法 - Google Patents
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Abstract
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刻蚀处理；在所述刻蚀处理前后分别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，得到相应的第一电阻率和第二电阻率，通过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；或者，在所述刻蚀处理后测量所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况，根据所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况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。
Description
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刻蚀处理；
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，采用湿法刻蚀对所述待测硅片进行刻蚀处理，所述刻蚀剂为氢氟酸溶液。
可选的，所述氢氟酸溶液的质量分数的范围为30％～50％。
可选的，对所述待测硅片进行湿法刻蚀包括：将所述待测硅片在所述刻蚀剂中浸泡一设定时间，所述设定时间为30s～20min。
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，对所述待测硅片进行第一次电阻率测试之前，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，将所述待测硅片进行刻蚀处理之后，对所述待测硅片进行第二次电阻率测试之前，还包括：
对所述待测硅片进行清洗。
可选的，使用去离子水清洗所述待测硅片。
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。
此外，本发明还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刻蚀处理；
测量所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况；以及，
根据所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况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，采用湿法刻蚀对所述待测硅片进行刻蚀处理，所述刻蚀剂为氢氟酸溶液。
可选的，所述氢氟酸溶液的质量分数的范围为30％～50％。
可选的，对所述待测硅片进行湿法刻蚀包括：将所述待测硅片在所述刻蚀剂中浸泡一设定时间，所述设定时间为30s～20min。
可选的，若所述待测硅片的电阻率随着深度的增加而增大，则所述待测硅片的导电类型为N型，若所述待测硅片的电阻率随着深度的增加而减小，则所述待测硅片的导电类型为P型。
可选的，对所述待测硅片进行刻蚀处理之前，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，将所述待测硅片进行刻蚀处理之后，测量所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况之前，还包括：
对所述待测硅片进行清洗。
可选的，使用去离子水清洗所述待测硅片。
可选的，采用扩展电阻法测量所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况。
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刻蚀处理；在所述刻蚀处理前后分别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，得到相应的第一电阻率和第二电阻率，通过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；或者，在所述刻蚀处理后测量所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况，根据所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况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为本发明实施例一提供的硅片导电类型的判定方法的流程图；
图2为不同导电类型的硅片经过刻蚀处理后的电荷分布情况；
图3为本发明实施例二提供的硅片导电类型的判定方法的流程图；
图4为本发明实施例二提供的扩展电阻法的测试结构示意图；
图5为本发明实施例二中待测硅片中不同深度的电阻率变化情况；
其中，附图标记如下：
1-待测硅片；11-原始表面；12-斜面；2-探针。
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。
实施例一
图1为本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刻蚀处理；
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。
下面结合图2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，采用直排四探针法测量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。
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刻蚀处理。本实施例中，采用湿法刻蚀对所述待测硅片进行刻蚀处理，所述刻蚀剂为氢氟酸溶液，且所述氢氟酸溶液(HF)的质量分数的范围为30％～50％。具体的，对所述待测硅片进行湿法刻蚀包括：将所述待测硅片在所述刻蚀剂中浸泡一设定时间，所述设定时间为30s～2min，例如为1min、5min、10min、18min等。在本发明的其它实施例中，可以采用其他方法对所述待测硅片进行湿法刻蚀，例如将所述刻蚀剂喷淋在所述待测硅片的表面，本发明对此不作限制。
可选的，由于所述待测硅片在刻蚀剂中浸泡之后，表面残留的刻蚀剂会影响第二电阻率的测试结果，因此，步骤S02和步骤S03之间，还包括：清洗所述待测硅片，以去除所述待测硅片表面残留的所述刻蚀剂。可选的，使用去离子水清洗所述待测硅片。
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℃，所述第二次电阻率测试的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。参阅图2，由于刻蚀处理过程中所述待测硅片的硅与刻蚀剂中的氢成键，在所述待测硅片的表面引入了表面态，因此，所述待测硅片的表面带正电荷。若所述待测硅片的导电类型为P型，则所述待测硅片的表面处于耗尽状态，直排四探针法测量所述待测硅片的电阻率相对于未进行刻蚀处理的所述待测硅片的电阻率有所增大，即第二电阻率大于第一电阻率；若所述待测硅片的导电类型为N型，则所述待测硅片的表面处于积累状态，直排四探针法测量所述待测硅片的电阻率相对于未进行刻蚀处理的所述待测硅片的电阻率有所减小，即第二电阻率小于第一电阻率，基于此机理可根据刻蚀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，所述直排四探针法的测试设备的误差范围在0ohm·cm～5ohm·cm之间时，本实施例选用质量分数为50％的氢氟酸溶液对所述待测硅片X1～X4进行30s的刻蚀处理。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1039，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1254，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的导电类型均为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63，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74，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。
实施例二
图3为本实施例提供的硅片导电类型的判定方法的流程图，参阅图3，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刻蚀处理；
步骤S02：测量所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况；以及，
步骤S03：根据所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况判断所述待测硅片的导电类型。
下面结合图2、图4和图5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刻蚀处理。本实施例中，采用湿法刻蚀对所述待测硅片进行刻蚀处理，所述刻蚀剂为氢氟酸溶液，且所述氢氟酸溶液(HF)的质量分数的范围为30％～50％。具体的，对所述待测硅片进行湿法刻蚀包括：将所述待测硅片在所述刻蚀剂中浸泡一设定时间，所述设定时间为30s～2min，例如为1min、5min、10min、18min等。在本发明的其它实施例中，可以采用其他方法对所述待测硅片进行湿法刻蚀，例如将所述刻蚀剂喷淋在所述待测硅片的表面，本发明对此不作限制。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。
在进行所述刻蚀处理之前，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。
可选的，由于所述待测硅片在刻蚀剂中浸泡之后，表面残留的刻蚀剂会影响所述待测硅片的电阻率测试结果，因此，步骤S01和步骤S02之间，还包括：清洗所述待测硅片，以去除所述待测硅片表面残留的所述刻蚀剂。可选的，使用去离子水清洗所述待测硅片。
接着，执行步骤S02，测量所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况。本实施例中，采用扩展电阻法(Spreading Resistance Profile，SRP)测量所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况。具体的，参阅图4，采用磨角器研磨所述待测硅片1，使研磨而成的斜面11与所述待测硅片的原始表面10之间形成一明显的交界线；将两个探针2与所述待测硅片1的交界线相接触，测得所述待测硅片1的表面电阻率(即深度为零时所述待测硅片的电阻率)；将两个所述探针2沿垂直所述交界线的方向(即图4中的x方向)移动，并与所述斜面11相接触，测量所述待测硅片1的不同深度处的内部电阻率。在本发明的其他实施例中，也可以采用其他方法测量所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况，本发明对此不作限制。
随后，执行步骤S03，根据所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况判断所述待测硅片的导电类型。参阅图2，由于刻蚀处理过程中所述待测硅片的硅与刻蚀剂中的氢成键，在所述待测硅片的表面引入了表面态，因此，所述待测硅片的表面带正电荷。若所述待测硅片的导电类型为P型，则所述待测硅片的表面处于耗尽状态，所述待测硅片的电阻率随着深度的增加而减小(即所述待测硅片的表面电阻率会高于内部电阻率)；若所述待测硅片的导电类型为N型，则所述待测硅片的表面处于积累状态，所述待测硅片的电阻率随着深度的增加而增大，(即所述待测硅片的表面电阻率会低于内部电阻率)。
图5为待测硅片X5和X6对应的不同深度的电阻率变化情况。参阅图5，所述待测硅片X5的电阻率随着测试深度的增加而减小，所述待测硅片X6的电阻率随着测试深度的增加而增大，可知，所述待测硅片X5的导电类型为P型，所述待测硅片X6的导电类型为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刻蚀处理；在所述刻蚀处理前后分别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，得到相应的第一电阻率和第二电阻率，通过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；或者，在所述刻蚀处理后测量所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况，根据所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况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。
Claims (21)
1.一种硅片导电类型的判定方法，其特征在于，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刻蚀处理；
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。
2.如权利要求1所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，所述待测硅片的电阻率为100ohm·cm～10000ohm·cm。
3.如权利要求1所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，采用湿法刻蚀对所述待测硅片进行刻蚀处理，所述刻蚀剂为氢氟酸溶液。
4.如权利要求3所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，所述氢氟酸溶液的质量分数的范围为30％～50％。
5.如权利要求3所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，对所述待测硅片进行湿法刻蚀包括：将所述待测硅片在所述刻蚀剂中浸泡一设定时间，所述设定时间为30s～20min。
6.如权利要求1所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，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。
7.如权利要求1所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，对所述待测硅片进行第一次电阻率测试之前，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。
8.如权利要求1所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，将所述待测硅片进行刻蚀处理之后，对所述待测硅片进行第二次电阻率测试之前，还包括：
对所述待测硅片进行清洗。
9.如权利要求8所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，使用去离子水清洗所述待测硅片。
10.如权利要求1所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，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。
11.如权利要求10所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，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。
12.一种硅片导电类型的判定方法，其特征在于，包括：
提供待测硅片，对所述待测硅片进行刻蚀处理；
测量所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况；以及，
根据所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况判断所述待测硅片的导电类型。
13.如权利要求12所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，所述待测硅片的电阻率为100ohm·cm～10000ohm·cm。
14.如权利要求12所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，采用湿法刻蚀对所述待测硅片进行刻蚀处理，所述刻蚀剂为氢氟酸溶液。
15.如权利要求14所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，所述氢氟酸溶液的质量分数的范围为30％～50％。
16.如权利要求14所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，对所述待测硅片进行湿法刻蚀包括：将所述待测硅片在所述刻蚀剂中浸泡一设定时间，所述设定时间为30s～20min。
17.如权利要求12所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，若所述待测硅片的电阻率随着深度的增加而增大，则所述待测硅片的导电类型为N型，若所述待测硅片的电阻率随着深度的增加而减小，则所述待测硅片的导电类型为P型。
18.如权利要求12所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，对所述待测硅片进行刻蚀处理之前，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。
19.如权利要求12所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，将所述待测硅片进行刻蚀处理之后，测量所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况之前，还包括：
对所述待测硅片进行清洗。
20.如权利要求19所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，使用去离子水清洗所述待测硅片。
21.如权利要求12所述的硅片导电类型的判定方法，其特征在于，采用扩展电阻法测量所述待测硅片中不同深度的电阻率变化情况。
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