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:孪晶

雙晶是什麼

Twin (Crystal Twinning)

雙晶是以某個晶面為界,兩側晶體呈鏡像對稱關係相接的狀態,在矽中主要以{111}面為界。界面本身的鍵結紊亂小、電性影響也小,但若在 CZ 法拉晶中發生,單晶會崩壞,之後的部分無法成為產品,因此在長晶中是嚴重的不良。也有像 InP 這類容易形成雙晶的化合物半導體。

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

定義與原理

雙晶是以某個晶面為界,兩側晶體呈鏡像對稱關係相接的狀態。作為邊界的面稱為雙晶界,在矽這類鑽石結構中主要以{111}面為雙晶界。以原子面的堆疊順序來看,是原本以 ABCABC… 進行的排列,以邊界為界改以相反順序延續的狀態。

雙晶界是鍵結角度與長度紊亂小、能量低的面缺陷。因此在晶界之中,多數在電性上不活潑,已知單獨存在時對載子再結合或漏電流的影響很小。

儘管如此,在單晶矽的製造中,雙晶仍是嚴重的不良。CZ 法拉晶中若在成長界面產生雙晶,從該處以後會成長出晶向不同的區域,晶棒便不再是單晶。異物混入熔湯或溫度擾動會成為發生的契機,而發生處以後的部分無法成為產品,因此會大幅損害良率。

在化合物半導體中,有些材料的雙晶更容易成為問題。InP 等部分閃鋅礦型晶體形成雙晶所需的能量很小,長晶時容易產生雙晶,這一直是難以取得大口徑單晶的原因之一。

另一方面,在多晶材料中雙晶是常態存在的。銅導線的晶粒中會因熱處理形成許多雙晶界,由於雙晶界的原子擴散比一般晶界困難,一般認為在電遷移耐受性方面較為有利。在多晶矽中,雙晶界也是最常見的晶界之一。

雙晶的常見問題

雙晶與堆疊缺陷有什麼不同?
堆疊缺陷是堆疊順序只有一部分紊亂、之後又回到原本順序的缺陷,邊緣被部分差排包圍。雙晶則是以邊界為界堆疊順序反轉,之後也維持反轉延續的狀態,邊界兩側呈鏡像關係。兩者都可理解為{111}面堆疊方式的紊亂。
CZ 法中發生雙晶會怎樣?
從發生位置以後會成長出晶向不同的區域,晶棒便不再是單晶,該部分無法作為晶圓使用。若在早期階段發生,一般做法是將晶體放回熔湯重新熔化,再重新拉晶。異物混入熔湯或溫度擾動會成為發生的契機。
雙晶會對電性造成不良影響嗎?
已知雙晶界本身的原子鍵結紊亂小,與一般晶界相比電性影響較小。主要的問題在於無法取得單晶這個製造上的影響。在多晶材料中,也有像銅導線這樣,雙晶界阻礙原子擴散而在可靠度方面發揮有利作用的情形。

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