一种单晶棒结晶界面形貌的分析方法、高质量单晶棒及其应用与流程

本发明属于半导体，具体涉及一种单晶棒结晶界面形貌的分析方法、高质量单晶棒及其应用。

背景技术：

1、高纯的单晶硅是重要的半导体材料，可制成二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路(包括人们计算机内的芯片和cpu)，还可以做成太阳能光伏电池，将辐射能转变为电能，

2、而高纯度单晶硅的生长条件是多方面的，包括温度、压力、气氛、硅原料纯度和生长方法等，这些因素相互影响、共同决定了单晶硅的生长速率和质量。只有合理控制这些生长条件，才能获得高质量的单晶硅，满足电子、光电和太阳能等领域的需求，因此长晶工艺流程是极其复杂的。重要的是，固液结晶界面的形貌是晶体生长的重要工艺信息，它不但反映了晶体液面分布(横向和纵向)而且影响晶体内部缺陷的形成和分布，进而影响后续晶棒的质量，那么如何通过现有的手段对长晶工艺的数据监控，并通过这些数据对工艺进行合理优化就显得及其重要。

3、因此，亟需设计一种结晶界面形貌的分析方法，以对晶体的生长工艺进行优化，从而获得高质量单晶硅棒。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种单晶棒结晶界面形貌的分析方法、高质量单晶棒及其应用。本发明提供一种单晶棒结晶过程中固液界面形貌事后测量、分析方法，即通过在单晶硅棒的头部取一晶圆，然后取此晶圆中的一硅片，并将该硅片分成若干等份，进行电阻率的检测，以此获得晶圆的纵向电阻分布图，进而可以判断单晶硅棒中固液结晶界面的形貌生长情况，从而对晶体的生长工艺进行调整优化，获得高质量单晶硅棒。该分析方法是一种新的分析方法，可以通过不同的方式达到测量需求。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种单晶棒结晶界面形貌的分析方法，所述分析方法包括以下步骤：

4、(1)在单晶硅棒的头部取一晶圆，然后沿着所述晶圆直径的方向取一硅片；

5、(2)将所述硅片沿着长度的方向分成多个等份，检测每一等份的电阻率，得到所述晶圆的纵向电阻分布图；

6、(3)根据所述晶圆的纵向电阻分布图，判断所述单晶硅棒在拉晶过程中掺杂金属的分布情况，从而对晶体的生长工艺进行调整。

7、需要说明的是，本发明对单晶硅棒的制备方法不作限定，示例性的，例如可以是直拉法或区熔法等。

8、本发明通过在单晶硅棒的头部取一晶圆，然后取此晶圆中的一硅片，并将该硅片分成若干等份，进行电阻率的检测，以此获得晶圆的纵向电阻分布图，进而可以判断单晶硅棒在拉晶生长的过程中掺杂金属的分布情况，从而对晶体的生长工艺进行调整优化，获得高质量单晶硅棒。该分析方法是一种新的分析方法，可以通过不同的方式达到测量需求。

9、本发明选择单晶硅棒的头部取一晶圆，这是因为头部是经过放肩后的第一道工序，头部的生长情况直接影响了整个晶棒的质量。

10、需要说明的是，若由于提拉速度或者梯度温度等因素，导致单晶硅棒的生长过程中固液界面固化不均匀，使得掺杂金属分布不均匀，出现晶格位错等缺陷，表现出电阻率分布不同的情况，则就可以根据晶圆的纵向电阻分布图进行调整，以获得高质量单晶硅棒。

11、需要说明的是，通过晶圆的纵向电阻分布图还可以判断拉晶过程中掺杂金属的分布情况，还可以得到晶体生长时的温度、速度等信息。

12、作为本发明一种优选的技术方案，步骤(1)所述晶圆的厚度为0.6-2mm，例如可以是0.6mm、0.8mm、1mm、1.5mm或2mm等，优选为0.75mm。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

13、作为本发明一种优选的技术方案，步骤(1)所述晶圆的直径为200-300mm，例如可以是200mm、250mm或300mm等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

14、作为本发明一种优选的技术方案，步骤(1)所述硅片为长方形硅片。

15、优选地，所述长方形硅片的宽度为4-5mm，例如可以是4mm、4.2mm、4.4mm、4.6mm、4.8mm或5mm等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

16、本发明中，若长方形硅片的宽度过小，则最终得到的数据会越多，但相应的工艺操作也变得更加复杂，导致工艺成本增大；若长方形硅片的宽度过大，则最终得到的数据会越单一，这会严重影响数据的准确性。

17、优选地，所述长方形硅片的长度为200-300mm，例如可以是200mm、220mm、240mm、260mm、280mm或300mm等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

18、优选地，所述长方形硅片的厚度为0.6-2mm，例如可以是0.6mm、0.8mm、1mm、1.5mm或2mm等，优选为0.75mm。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

19、作为本发明一种优选的技术方案，步骤(2)所述每一等份的宽度为2-5mm，例如可以是2mm、2.5mm、3mm、3.5mm或4mm等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

20、本发明中，若每一等份的宽度过小，则最终得到的数据会越详细，但相应的工艺操作也变得更加复杂，导致工艺成本增大；若每一等份的宽度过大，则最终得到的数据会越单一，这会严重影响数据的准确性。

21、优选地，所述每一等份的厚度为0.6-2mm，例如可以是0.6mm、0.8mm、1mm、1.5mm或2mm等，优选为0.75mm。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

22、优选地，所述每一等份的长度为4-5mm，例如可以是2.5mm、3mm、5mm、7mm或10mm等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

23、作为本发明一种优选的技术方案，所述电阻率的测试方法包括srp法。

24、作为本发明一种优选的技术方案，步骤(2)所述分成多个等份的方式包括玻璃刀切割法。

25、作为本发明一种优选的技术方案，所述分析方法包括以下步骤：

26、(1)采用线切割法，在单晶硅棒的头部取一厚度大于2mm的晶圆，然后沿着所述晶圆直径的方向取一长方形硅片；

27、其中，晶圆的直径为200-300mm，所述长方形硅片的宽度为4-5mm，所述长方形硅片的长度为200-300mm，所述长方形硅片的厚度大于2mm；

28、(2)采用玻璃刀切割法，将所述长方形硅片沿着长度的方向分成多个等份，且每一等份的宽度为2-5mm，每一等份的厚度为0.6-2mm，每一等份的长度为4-5mm，然后采用srp法检测每一等份的电阻率，从而获得每一等份的纵向电阻分布律，将分成的多个等份的纵向电阻分布律组合，得到所述晶圆的纵向电阻分布图；

29、(3)根据得到的晶圆的纵向电阻分布图，判断所述单晶硅棒中固液结晶界面的形貌生长情况，从而对晶体的生长工艺进行调整。

30、第二方面，本发明提供一种高质量单晶棒，所述高质量单晶棒由第一方面所述的分析方法分析调整后制备得到。

31、第三方面，本发明提供一种如第二方面所述的高质量单晶棒在半导体领域中的应用。

32、本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

33、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

34、本发明通过在单晶硅棒的头部取一晶圆，然后取此晶圆中的一硅片，并将该硅片分成若干等份，进行电阻率的检测，以此获得晶圆的纵向电阻分布图，进而可以判断单晶硅棒中固液结晶界面的形貌生长情况，从而对晶体的生长工艺进行调整优化，获得高质量单晶硅棒。该分析方法是一种新的分析方法，可以通过不同的方式达到测量需求。同时，该测试方法，在半导体邻域广泛使用的测试设备(srp)上即可完成，无需购买新的设备，因此具有广泛的推广前景。