晶体缺陷的检测

• 电化学腐蚀 • 定义：电化学腐蚀是指金属或半导体材料在电解质水溶液 中所受到的腐蚀。 • 在HNO3和HF酸性溶液中：
Si 4HCl SiCl 2H2
1200C
3Si 4HNO3 18HF 3H2 SiF6 4NO 8H2O
• 硅单晶在碱性溶液中电化学反应
（1）、点缺陷 空位（是最简单的点缺陷，所有 晶体都存在缺陷，在热力学上最 稳定空位可聚集成团，当空位崩 塌时可形成位错圈可利用化学腐 蚀法或投射电子显微镜观察） 填隙原子（是占据晶格空隙处的 多余原子，在生长界面附近陷落 凝聚时可以形成微缺陷） 络合体(这是空位与杂质原子相 结合的复合体，具有电活性影响 半导体载流子浓度。一般采用电 子顺磁共振法） 外来原子(外来杂质原子可以以 填隙方式或替位方式存在，可以 引起点阵的畸变或半导体电学性 质变化从而检测出。）
目录
• 八英寸直拉单晶硅晶体缺陷检测目的 • 半导体单晶中的缺陷 • 半导体晶体的电化学腐蚀条件及其反应 • 影响半导体单晶电化学腐蚀速度的因素 • 腐蚀在半导体技术中的应用 • 半导体硅的常用腐蚀剂 • 硅单晶中位错的检测 • 实验报告
八英寸直拉 单晶硅晶体 缺陷检测目 的
半导体单晶中的缺陷 微观缺陷
半导体晶体在生长或器 件制造过程中会产生各 种结构缺陷，因为多数 缺陷是有害的，一般不 希望存在，但有些器件 少量而均匀分布的晶体 缺陷却对改善其性能有 好处。
（2）、线缺陷（位错 是半导体中最重要的 缺陷，包括螺旋位错， 属于线缺陷一般称为 位错线） （3）、面缺陷（晶体 密堆积结构中正常层 序发生破坏的区域称 为堆垛层错，简称层 错，分为本征和非本 征层错。）
（4）、杂质沉淀 （半导体晶体在生 长和以后处理过程 中会受到一些污染， 而一般这些杂质在 高温中溶解度较大， 易析出。） 宏观缺陷 （1）、小角度晶 界和系属结构 （2）、位错排与 星形结构 （3）、杂质析出 和夹杂物
半导体晶体的电化学腐蚀条件及其反应
• 化学腐蚀 • 定义：化学腐蚀是指金属或半导体材料于高温下（1200℃） • 在腐蚀性气体中所受到的腐蚀。是纯化学腐蚀过程。
• 2、电极电位 • 一般对于N型硅来说，电阻率越低（即少数载流子空穴浓度 越低），电极电位越低。对于P型硅来说，电阻率越低（即 少数载流子空穴浓度越高），电极电位越高。 • 3、缓冲剂的影响 • 缓冲剂一般是弱酸弱碱，如CH3COOH和NH4OH等。 • 4、腐蚀处理温度和搅拌的影响 • 腐蚀处理温度越高，腐蚀速度越快。 • 搅拌可以加快物质传递速度，还能改善腐蚀液的择优性质。 • 5、光照的影响 • 腐蚀处理时加入光照有利于微电池的腐蚀，并且在慢速腐蚀 中光照影响比较大。
Si 6OH 4H SiO 3H2O 2H2
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构成电化学腐蚀条件： 1、被腐蚀的半导体各部分或区域之间存在电位差，构成正 极和负极，电极电位低的是负极，电极电位高的是正极，负 极被腐蚀溶解。 2、具有不同电极电位的半导体各部要互相接触。 3、半导体电极电位的不同部分处于相互连通的电解质溶液 中，以构成微电池。 影响半导体单晶电化学腐蚀速度的因素 1、腐蚀液的成分 腐蚀液的成分对腐蚀速度影响最大。
• 2、位错密度的测定 • 位错密度表示方法： • (1)位错的体密度——单位体积中位错线的长度，用Nv来 表示： • Nv=L/V • 式中，V为晶体的体积；L为体积V中位错线的总长度。 • (2)位错的面密度——穿过单位截面积的位错线数，用ND 表示： • ND=N/S • 式中，S为单晶截面积；N为穿过截面积S的位错线。
硅单晶晶体缺陷检测试验报告
试样名称：硅片 室内温度：常温 车间主任：张东
试样编号：1 检测成员：陈莉、何霞、徐航、 赵仕海 检测时间：2013年10月14日
试验结果： 三角锥形的位错坑
检测成员签字：陈莉、何霞、徐航、赵仕海 时间：2013年10月14日
腐蚀在半导体技术中的应用
• 半导体材料及器皿、用具的清洗 • 显示缺陷 • 将表面抛光成镜面
半导体硅常用腐蚀剂
Sirtl腐蚀液 Dash腐蚀液 Secco腐蚀液 Wright腐蚀液 Shimmel腐蚀液
硅单晶中位错的检测
• 1、硅单晶(111)面上位错的显示 • 显示过程如下： • 切割、研磨样品：观察面偏离(111)面不应大于5度。 • 化学抛光：采用HF：HNO3=1：(3～5)的抛光液，时间 通常控制在2～4分钟。注意反应不要过分剧烈，以避免样 品氧化。 • 化学腐蚀：一般用HF：CrO3(33%)水溶液=1：1的腐蚀 液，此腐蚀液具有择优性，且显示可靠。 • 在铬酸腐蚀液中硅单晶(111)截面上的位错通常经过 10～15分钟可以全部显露出来。