半導體材料技術（簡體書）

2.熱處理誘生缺陷與控制
誘生缺陷是指生長好的單晶在以后的工藝中被誘生的缺陷，因此又被稱為二次缺陷。
器件制作過程中有許多工藝都會誘生缺陷，其中影響最大的是熱處理工藝。熱處理溫度跨度大，如從鍍金屬膜和光刻中的烘烤等低溫熱處理到外延生長、摻雜、氧化等高溫工藝，各階段都會遇到不同的熱處理。
雜質經熱處理后被激活，變得具有活性，于是雜質之間互相反應形成各種復合物。許多在常溫下很穩定的雜質都會在幾百攝氏度的熱處理下具有活性，從而生成種類繁多的復合物。這些復合物尺寸極小，不能用現有工具直接觀測到，屬點缺陷。這些復合物尺寸雖小，但它不僅使參與復合物的各組分失去原有電學特性，而且表現出新的電學特性。當某種雜質含量達1×1012 cm—3以上時，由這種效應產生的影響就不得不考慮了；當這種效應明顯時，甚至會造成材料改性。
低溫熱處理產生的影響可改變材料的電學特性，而中高溫熱處理時則會產生大的沉積物。這些沉積物缺陷可以通過腐蝕后用顯微鏡直接觀察到，其腐蝕圖大多數為近圓形的腐蝕坑或小島。很多研究表明，這些沉積物缺陷的組成是“雜質—硅間隙原子”或者“雜質—空位”的聚積。當熱處理溫度更高、時間更長時，則生成層錯。層錯的主要組分是硅間隙原子。
綜合現有的實驗現象、結論，可總結出熱誘生缺陷的形成過程如下：低溫時，各種雜質相互反應，形成各種復合物；當溫度升高到某一值時，這些復合物開始聚集。在這些過程中，值得注意的是以下幾點：
（1）對不同的復合物，開始生長的閾值溫度不同，如以氧為核心的復合物生長形成TD（熱施主）的溫度只需要300℃即可，而以鐵為核心的復合物生長形成沉積物則需700℃。
（2）同一種材料中往往某一種或幾種復合物占主導地位，如在CZ硅中，氧核心的復合物占明顯優勢，故在熱處理時，TD、ND（新施主）的形成十分明顯；在FZ硅中，氧極少，常常是某種重金屬雜質復合物占優勢；當材料中無大的污染時，則可能是原生缺陷作為生長的核，或者由于無核而沒有沉積物生成（這是最令人滿意的情況）。
（3）這些沉積物中，硅自間隙原子（空位）是其組成的重要成分。可以想象，材料中不可能有如此之多的雜質，以至于聚集起來形成眾多的肉眼可見的沉積物缺陷。因此，沉積物中也必有硅本征缺陷的參與。至于通過何種機制形成眾多的硅間隙原子還不太清楚，只有氧復合物生長過程迫使大量硅間隙原子生成并聚集的機理比較為大家認可，其他類型的復合物如何使硅間隙原子產生并聚集還需進一步研究。