Grown-in 缺陷(長晶缺陷)是指以 CZ 法或 FZ 法成長矽單晶的過程中,在結晶冷卻期間導入的微小缺陷總稱。結晶凝固時被吸收的過剩點缺陷(空位或間隙矽)在冷卻中聚集而形成。由於在加工成晶圓之前就已存在於結晶中,在元件製程中基本上無法去除。
哪一種點缺陷會過剩,取決於結晶拉晶速度 V 與成長界面附近溫度梯度 G 的比值 V/G(Voronkov 理論)。V/G 大於約 0.13 mm²/(min·K) 的臨界值時以空位為主,小於時則以間隙矽為主。在空位為主的區域,空位聚集形成八面體空洞(COP);在間隙矽為主的區域,間隙原子聚集形成差排團簇。
兩者的邊界附近有一個稱為 OSF 環的區域,晶圓經氧化後會呈環狀出現疊差。由於 V/G 在結晶中心與外周不同,在晶圓上會觀察到同心圓狀的分布:COP 較多的中心部、OSF 環,以及其外側的無缺陷區域或差排團簇區域。
COP 會降低閘極絕緣膜的耐壓,差排團簇則會引起接面漏電等問題,兩者對元件都有害。尤其差排團簇尺寸大、危害大,因此過去普遍採用在略偏空位為主的條件下長晶,並以冷卻條件縮小 COP 的方法。
現在已確立將 V/G 精密維持在臨界值附近、成長既不含 COP 也不含差排團簇之無缺陷結晶的技術。此外,在氫或氬氣氛中高溫退火以消除表層 COP 的退火晶圓,以及在表面成長無 COP 層的磊晶晶圓,也作為 Grown-in 缺陷的對策,依用途分別使用。