（精品课件）晶体缺陷检测.ppt

《（精品课件）晶体缺陷检测.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、晶向与晶体缺陷检测二、晶体缺陷检测（一）晶体缺陷检测的重要性（二）晶体缺陷的种类点缺陷——空位、间隙杂质原子（主要）线缺陷——位错（主要）面缺陷——堆垛层错、挛晶界、晶界等体缺陷——孔洞、夹杂物等半导体加工过程中的二次缺陷（1）点缺陷晶格中点缺陷常常是外来原子或杂质原子造成的。单晶硅中点缺陷包括：有意掺入电活性杂质（如P，B)控制电导率和导电类型氧，碳，硼杂质来源于气态生长、化学试剂、石英玻璃成为硅体内自间隙原子，并诱生出位错和层错等缺陷，影响晶体整体完整性、载流子浓度以及少子寿命，并容易导致器件漏电。重金属杂质（Fe,Cu,Ni,A

2、u,Al,Co等)来源于硅片生长、加工（不锈钢）、清洗、金属电极制作过程影响载流子浓度和少子寿命，导致器件失效。（2）线缺陷——位错位错是半导体中最主要的缺陷。位错产生的根本原因是晶体内部应力的存在，例如在晶体制备、后热处理等过程中，由于不均匀的加热或冷却，晶体内部存在应力就可产生位错。除此之外，杂质原子引起位错。刃型位错后发生滑移。刃形位错形成示意图滑移面位错线刃型位错后发生滑移附加的原子或者受热不均位错形成的一系列透射电子显微镜照片（3）面缺陷a.堆垛层错：由位错的相关原子组成的多余原子面。螺型位错后发生堆垛堆垛层错通常在外延生长

3、层中观察到。一般要求外延层中的层错密度小于102/cm2。b.挛晶：从同一个界面生长出两种不同方向晶体c.晶界：具有很大取向差别的晶块结合时产生一个硅圆柱锭的晶界挛晶（三）晶体缺陷检测方法1、点缺陷的检测电学性能测量——有意掺杂原子浓度的确定如：电阻率测量，霍尔效应测量，对应N型或P型掺杂浓度少子寿命测试——金属杂质分析二次离子质谱——金属杂质分析原子吸收光谱——金属杂质分析红外光谱吸收法——碳、氧杂质红外光谱：测量C、O、N杂质含量利用SIMS进行器件失效分析杂质C（替位）的最强红外吸收峰波长:16.4μm杂质O（间隙）的红外吸收峰

4、波长：9.1μmC吸收最强吸收次强2、位错和层错的检测腐蚀＋金相显微镜观测（简单常用的方法）X射线衍射法（精确的方法）电子显微镜（1）检测基本原理在适宜的腐蚀剂中，晶体表面靠近位错附近的区域其腐蚀速度要比其它区域大，腐蚀一定时间后就会形成凹下的坑，即所谓腐蚀坑，利用这个特性可进行位错和层错的显示。2.1腐蚀金相观察法由于位错是一种线缺陷，晶格畸变是沿着一条线延伸下来的，贯穿于整个晶体，终止在表面或形成闭环，因此在表面的交点是一个点状小区域.(100)硅片表面的位错(111)硅片表面的位错（111）面（100）面（110）面蚀坑是一倒置

5、正四面体（三角锥体）蚀坑是一倒置四棱锥体，从表面看呈实心正方形蚀坑为两个对顶三角锥体（2）位错与层错的腐蚀坑观察位错密度是垂直于位错线单位截面积中穿过的位错线数。多点平均法。图2.21五点平均图2.22分区标图法（3）层错、位错密度的测量2.2X射线衍射法（XRD）在近完整晶体中，缺陷、畸变等体现在X射线谱中只有几十弧秒，而半导体材料进行外延生长要求晶格失配要达到10-4或更小。这样精细的要求使双晶X射线衍射技术成为近代光电子材料及器件研制的必备测量仪器，以双晶衍射技术为基础而发展起来的四晶及五晶衍射技术（亦称为双晶衍射），已成为近代

6、X射线衍射技术取得突出成就的标志。纯谱线的形状和宽度由试样的平均晶粒尺寸、尺寸分布以及晶体点阵中的主要缺陷决定，故对线形作适当分析，原则上可以得到上述影响因素的性质和尺度等方面的信息。检测基本原理当电子束照到晶体上，除了产生透射束（零级衍射）外，还会产生各级衍射束，经物镜聚集后，在其后焦面形成电子衍射谱像。电子衍射原理与X射线衍射原理相同，遵循布拉格衍射定律，但电子能量高，波长非常短（电子能量越大，电子波长越短。当加速电压为100kV时，电子的波长仅为0.0037nm；当E=30KeV时,λ≈0.007nm），衍射角小，因此电子衍射是

7、对晶体二维倒易点阵结构的放大显示，根据显示图形可以鉴定所观察晶体的种类、结构、晶格常数等。2.3电子显微镜法1937年诺贝尔物理学奖：电子衍射戴维森G.P.汤姆孙背景：20世纪20年代中期物理学发展的关键时期。波动力学已经由薛定谔在德布罗意的物质波假设的基础上建立起来，和海森伯从不同的途径创立的矩阵力学，共同形成微观体系的基本理论。这一巨大变革的实验基础自然成了人们关切的课题，这就激励了许多物理学家致力于证实粒子的波动性。直到1927年，才由美国的戴维森和英国的G.P.汤姆孙分别作出电子衍射实验。虽然这时量子力学已得到广泛的运用，但电

8、子衍射实验成功引起了世人的注意。贝尔电话实验室英国伦敦大学最简单的电子衍射装置。从阴极K发出的电子被加速后经过阳极A的光阑孔和透镜L到达试样S上，被试样衍射后在荧光屏或照相底板P上形成电子衍射图样。由于物质（包括空气）对