最後更新:2026年10月8日晶圓製造・基板加工矽晶圓製造(長晶・切片・研磨)中國大陸:原生缺陷

Grown-in 缺陷(長晶缺陷)是什麼

Grown-in Defect

Grown-in 缺陷是矽單晶在長晶過程中,於冷卻階段由過剩點缺陷聚集而成的微小缺陷總稱。拉晶速度 V 與溫度梯度 G 之比 V/G 大於約 0.13mm²/(min·K) 時,會形成空位聚集的 COP;較小時則形成間隙矽聚集的差排團簇,兩者邊界附近會出現 OSF 環。將 V/G 維持在臨界值附近即可得到無缺陷結晶。

目錄5 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關企業
  4. 相關用語
  5. 比較文章

定義與原理

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。

Grown-in 缺陷(長晶缺陷)的常見問題

Grown-in 缺陷與 COP 的關係是?
COP 是 Grown-in 缺陷的一種。在長晶時空位過剩的條件下,空位聚集形成的八面體空洞稱為 COP。相反地,在間隙矽過剩的條件下會出現差排團簇,其邊界附近則出現 OSF 環,這些統稱為 Grown-in 缺陷。
V/G 是什麼?
是結晶拉晶速度 V(mm/min)與成長界面附近晶體側溫度梯度 G(K/mm)的比值。此值大於臨界值(約 0.13 mm²/(min·K))時空位會過剩殘留在結晶中,小於時則是間隙矽過剩。除了拉晶速度之外,也透過設計爐內溫度分布來控制缺陷的種類與分布。
無缺陷結晶是如何製作的?
將 V/G 維持在臨界值附近的狹窄範圍內進行長晶。由於結晶中心與外周的溫度梯度不同,除了控制拉晶速度外,還需設計爐內的熱遮蔽與溫度分布,使 G 在結晶徑向上一致。由於條件範圍窄,且須壓低拉晶速度,如何兼顧生產力是課題。

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