單晶矽中可能出現的各種缺陷分析【技術要點】

2020-11-25 OFweek維科網

  三、面缺陷

  面缺陷主要有同種晶體內的晶界,小角晶界,層錯,以及異種晶體間的相界等。

  平移界面:晶格中的一部分沿著某一面網相對於另一部分滑動(平移)。

  堆跺層錯:晶體結構中周期性的互相平行的堆跺層有其固有的順序。如果堆跺層偏離了原來固有的順序,周期性改變,則視為產生了堆跺層錯。

  晶界:是指同種晶體內部結晶方位不同的兩晶格間的界面,或說是不同晶粒之間的界面。按結晶方位差異的大小可將晶界分為小角晶界和大角晶界等。小角晶界一般指的是兩晶格間結晶方位差小於10度的晶界。偏離角度大於10度就成了孿晶。

  相界:結構或化學成分不同的晶粒間的界面稱為相界。

  1、小角晶界:

  矽晶體中相鄰區域取向差別在幾分之一秒到一分(弧度)的晶粒間界稱為小角度晶界。在{100}面上,位錯蝕坑則以角頂底方式直線排列。

  2、層錯:

  指晶體內原子平面的堆垛次序錯亂形成的。矽單晶的層錯面為{111}面。

  2.1層錯產生原因:

  在目前工藝條件下,原生矽單晶中的層錯是不多見的。一般認為,在單晶生長過程中,固態顆粒進入固液界面,單晶體內存在較大熱應力,固液界面附近熔體過冷度較大,以及機械振動等都可能成為產生層錯的原因。

  2.2層錯的腐蝕形態

  應用化學腐蝕方法顯示矽單晶中的層錯時,有時可以觀察到沿<110>方向腐蝕溝槽,它是層錯面與觀察表面的交線。在{111}面上,層錯線互相平行或成60°,120°分布,{100}面上的層錯線互相平行或者垂直,在層錯線兩端為偏位錯蝕坑。層錯可以貫穿到晶體表面,也可以終止於晶體內的半位錯或晶粒間界處。

  2.3氧化誘生層錯

  形成的根本原因:

  熱氧化時矽二氧化矽界面處產生自間隙矽原子,這些自間隙矽原子擴散至張應力或晶格缺陷(成核中心)處而形成OSF並長大。

  一般認為,OSF主要成核十矽片表面的機械損傷處、金屬沾汙嚴重處,其它諸如表面或體內的旋渦缺陷、氧沉澱也是OSF的成核中心它與外延層錯相區別也與由體內應力引起的體層錯(bulkstackingfaults)相區別。通常OSF有兩種:表面的和體內的。表面的OSF一般以機械損傷,金屬沽汙、微缺陷(如氧沉澱等)在表面的顯露處等作為成核中心;體內的B-OSF(BulkOSF)則一般成核於氧沉澱。

  20世紀70年代末,研究者發現矽晶體中的OSF常常呈環欲分布特徵(ring-OSF)後人的研究表明,這與晶體生長時由生長參數(生長速度、固液界面處的溫度梯度)決定的點缺陷的徑向分布相關聯由幹空位和自間隙的相互作用,進而引起氧的異常沉澱,從而引發OSF。

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