硅的晶体缺陷测量

半导体晶体在生长和加工过程中会产生多种结构缺陷，这些缺陷对集成电路（IC）器件的性能和合格率有着重要影响。因此，对晶体缺陷的观察、检测及研究至关重要。硅作为半导体材料的重要代表，其晶体缺陷的测量与控制尤为关键，现分述如下

点缺陷及其测量

位错

堆垛层错

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点缺陷及其测量

晶体缺陷分类

硅的晶体缺陷可分为宏观缺陷和微观缺陷两大类。

宏观缺陷：包括双晶、杂质析出及夹杂、星形结构、系属结构等。这些缺陷通常较大，易于观察和检测。

微观缺陷：包括点缺陷、位错、层错、晶体的原生缺COP缺陷等微缺陷，以及晶格的点阵应变、表面损伤等。这些缺陷尺寸较小，需要借助高精度仪器进行检测。

点缺陷是局限于小区域的缺陷，其特征是不完整区域可以被去除并代之以完整的截面，不产生附加的晶格畸变。常见的点缺陷有空位、间隙原子、复合缺陷（络合体）及外来原子。

空位：空位可以与杂质原子形成络合体，影响半导体的电学特性。空位还可以聚集成团，崩塌后形成位错环。

间隙原子：间隙原子的形成能通常比空位小，可以与空位结合而相互湮灭，也可以自身聚集成团，崩塌后形成间隙性位错环。

复合缺陷（络合体）：复合缺陷通常是电活性的，可以影响半导体的载流子浓度。

外来原子：晶体中引入的非本征原子，其存在形式以间隙形式或替代形式存在。替代式杂质是外来原子以替代晶格中原子的方式存在。测量方法通常是通过它们对半导体电学特性的影响进行间接检测。此外外来原子可以影响半导体的导电性、掺杂浓度等特性。

硅的晶体缺陷测量涉及多种方法和技术，包括电子顺磁共振、光学、电学测试以及原子背散射等。这些方法的综合应用可以实现对晶体缺陷的精确测量和深入研究。通过控制晶体缺陷的产生和消除，可以提高硅半导体材料的性能和稳定性，进而提升集成电路器件的性能和合格率。

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位错

位错有两种主要类型：刃型位错和螺型位错。

刃型位错：当晶体受到剪切应力作用，发生相对滑移后，在滑移面的一侧会出现多余的原子半平面，形成刃型位错。这种位错的特点是位错线与滑移面垂直，且位错线周围晶格畸变较大。

螺型位错：另一种滑移方式是晶体的一部分绕某一轴线旋转一定角度后，与另一部分发生错动。此时，错动的分界线即为螺型位错线。螺型位错的特点是位错线呈螺旋状，且位错线周围的晶格畸变相对较小。

为了观察位错，通常采用化学腐蚀法。通过择优腐蚀，位错处由于晶格畸变较大，腐蚀速度较快，从而可以在晶体表面形成可见的蚀坑或蚀线，进而用光学显微镜进行观察。

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堆垛层错

堆垛层错通常是由于晶体生长过程中原子层的堆垛顺序发生错误所致。

堆垛层错会导致晶体结构的局部改变，从而影响晶体的物理和化学性质。

与位错类似，堆垛层错也可以通过化学腐蚀法显示出来。在腐蚀过程中，堆垛层错处由于晶格结构的改变，腐蚀速度也会发生变化，从而在晶体表面形成可见的蚀坑或蚀面。

这些蚀坑或蚀面可以用光学显微镜进行观察和研究。

半导体晶体缺陷检测方法

目前，半导体晶体缺陷的检测方法大多数仍然采用择优腐蚀后再用光学显微镜进行观察的金相显微技术。除了光学显微镜外，还有其他比较先进的测试方法可以用于观察和研究半导体内的缺陷，如X射线形貌技术、红外显微镜、透射电子显微技术等。具体选择取决于晶体的类型、缺陷的种类以及腐蚀条件等因素。通过合理选择腐蚀剂和腐蚀条件，可以有效地显示出晶体中的缺陷，为后续的分析和研究提供有力支持。

来源于学习那些事，作者小陈婆婆

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