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:间隙氧(Oi)

晶格間隙氧(Oi)是什麼

Interstitial Oxygen

晶格間隙氧(Oi)是以晶格間隙形式進入 CZ 法矽晶體中的氧,由於石英坩堝溶解,無可避免地會混入約 10~18ppma。熱處理析出的 BMD 會成為捕捉金屬雜質的吸雜位置,並藉由釘扎差排提高晶圓強度。另一方面也有產生熱施體與接面漏電的害處,因此是依用途而有不同最佳濃度的設計參數。

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

晶格間隙氧(Oi:Interstitial Oxygen)是指在以 CZ 法成長的矽晶體中,以進入晶格間隙的形式存在的氧原子。由於石英(SiO₂)坩堝溶入熔液而無可避免地混入,典型濃度為 10~18ppma(約 5×10¹⁷~9×10¹⁷atoms/cm³)。不使用坩堝的 FZ 法晶體幾乎不含這種氧。

氧雖然是雜質,但對矽晶圓有益。熱處理使氧析出形成 BMD(Bulk Micro Defect:塊材微缺陷)後,它會成為捕捉鐵、銅等金屬雜質的吸雜位置(本質吸雜)。此外,晶格間隙氧具有阻礙差排移動的釘扎效果,可提高晶圓的機械強度並抑制熱處理時的滑移差排。

另一方面,氧也會造成危害。低溫熱處理時氧若形成具電性活性的熱施體,就會使目標電阻率偏移。此外,若在製作元件的表面附近存在 BMD,會成為接面漏電的原因。因此會進行熱處理設計,讓表面附近的氧向外擴散形成無缺陷層(洗淨區,denuded zone),只在內部保留 BMD。

也就是說,氧濃度不是「越多越好/越少越好」的指標,而是依元件種類而有不同最佳值的設計參數。邏輯與記憶體會選擇兼顧吸雜能力與強度的中等濃度;功率元件或輻射偵測器等以少數載子壽命為最優先的用途,則選擇幾乎不含氧的 FZ 晶圓。

晶體成長時的氧濃度由坩堝轉速、晶體轉速、爐內壓力、氬氣流量等控制。特別有效的是磁場 CZ 法(MCZ),對熔液施加磁場以抑制對流,可減少坩堝的氧溶出,並使軸向與徑向的濃度分布均勻化。量測通常使用 FT-IR(紅外光譜)。

晶格間隙氧(Oi)的常見問題

氧是雜質,為什麼含有反而比較好?
因為熱處理使氧析出所形成的 BMD(塊材微缺陷),會作為捕捉鐵、銅等金屬雜質的吸雜位置發揮作用。此外,晶格間隙氧會阻礙差排移動,因此能抑制熱處理時的滑移,提高晶圓的機械強度。
FZ 晶圓為什麼含氧量少?
因為 FZ 法不使用石英坩堝,而是局部熔化多晶矽棒使其單晶化。由於不接觸氧的供應源坩堝,氧濃度低了好幾個數量級,可得到少數載子壽命長、高電阻率的晶體,適用於功率元件與輻射偵測器。
什麼是洗淨區(denuded zone)?
是以熱處理使晶圓表面附近的氧向外擴散,形成不產生 BMD 之無缺陷層的區域。它是透過氧濃度與熱歷程的設計所形成,讓製作電晶體的表層保持潔淨,同時在內部保留供吸雜用的 BMD。

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