文章來源：學習那些事

原文作者：小陳婆婆

本文介紹了硅的晶體缺陷測量。

硅的晶體缺陷測量

半導體晶體在生長和加工過程中會產生多種結構缺陷，這些缺陷對集成電路（IC）器件的性能和合格率有著重要影響。因此，對晶體缺陷的觀察、檢測及研究至關重要。硅作為半導體材料的重要代表，其晶體缺陷的測量與控制尤為關鍵，現分述如下

點缺陷及其測量、位錯、堆垛層錯

1、點缺陷及其測量

晶體缺陷分類

硅的晶體缺陷可分為宏觀缺陷和微觀缺陷兩大類。

宏觀缺陷：包括雙晶、雜質析出及夾雜、星形結構、系屬結構等。這些缺陷通常較大，易于觀察和檢測。

微觀缺陷：包括點缺陷、位錯、層錯、晶體的原生缺COP缺陷等微缺陷，以及晶格的點陣應變、表面損傷等。這些缺陷尺寸較小，需要借助高精度儀器進行檢測。

點缺陷是局限于小區域的缺陷，其特征是不完整區域可以被去除并代之以完整的截面，不產生附加的晶格畸變。常見的點缺陷有空位、間隙原子、復合缺陷（絡合體）及外來原子。

空位：空位可以與雜質原子形成絡合體，影響半導體的電學特性。空位還可以聚集成團，崩塌后形成位錯環。

間隙原子：間隙原子的形成能通常比空位小，可以與空位結合而相互湮滅，也可以自身聚集成團，崩塌后形成間隙性位錯環。

復合缺陷（絡合體）：復合缺陷通常是電活性的，可以影響半導體的載流子濃度。

外來原子：晶體中引入的非本征原子，其存在形式以間隙形式或替代形式存在。替代式雜質是外來原子以替代晶格中原子的方式存在。測量方法通常是通過它們對半導體電學特性的影響進行間接檢測。此外外來原子可以影響半導體的導電性、摻雜濃度等特性。

硅的晶體缺陷測量涉及多種方法和技術，包括電子順磁共振、光學、電學測試以及原子背散射等。這些方法的綜合應用可以實現對晶體缺陷的精確測量和深入研究。通過控制晶體缺陷的產生和消除，可以提高硅半導體材料的性能和穩定性，進而提升集成電路器件的性能和合格率。

2、位錯

位錯有兩種主要類型：刃型位錯和螺型位錯。

刃型位錯：當晶體受到剪切應力作用，發生相對滑移后，在滑移面的一側會出現多余的原子半平面，形成刃型位錯。這種位錯的特點是位錯線與滑移面垂直，且位錯線周圍晶格畸變較大。

螺型位錯：另一種滑移方式是晶體的一部分繞某一軸線旋轉一定角度后，與另一部分發生錯動。此時，錯動的分界線即為螺型位錯線。螺型位錯的特點是位錯線呈螺旋狀，且位錯線周圍的晶格畸變相對較小。

為了觀察位錯，通常采用化學腐蝕法。通過擇優腐蝕，位錯處由于晶格畸變較大，腐蝕速度較快，從而可以在晶體表面形成可見的蝕坑或蝕線，進而用光學顯微鏡進行觀察。

3、堆垛層錯

堆垛層錯通常是由于晶體生長過程中原子層的堆垛順序發生錯誤所致。

堆垛層錯會導致晶體結構的局部改變，從而影響晶體的物理和化學性質。

與位錯類似，堆垛層錯也可以通過化學腐蝕法顯示出來。在腐蝕過程中，堆垛層錯處由于晶格結構的改變，腐蝕速度也會發生變化，從而在晶體表面形成可見的蝕坑或蝕面。

這些蝕坑或蝕面可以用光學顯微鏡進行觀察和研究。

半導體晶體缺陷檢測方法

目前，半導體晶體缺陷的檢測方法大多數仍然采用擇優腐蝕后再用光學顯微鏡進行觀察的金相顯微技術。除了光學顯微鏡外，還有其他比較先進的測試方法可以用于觀察和研究半導體內的缺陷，如X射線形貌技術、紅外顯微鏡、透射電子顯微技術等。具體選擇取決于晶體的類型、缺陷的種類以及腐蝕條件等因素。通過合理選擇腐蝕劑和腐蝕條件，可以有效地顯示出晶體中的缺陷，為后續的分析和研究提供有力支持。