作為半導(dǎo)體材料，使用最多的是硅(Si)，其在地球表面的元素中儲量僅次于氧，排行第二。在路邊隨手撿起一塊石頭，里面就含有相當(dāng)量的硅?？上У氖牵@種硅并不是硅單質(zhì)，而是與氧結(jié)合在一起而存在的。

 

要想用于半導(dǎo)體，首先應(yīng)使二者分離，制成單質(zhì)硅。所謂單晶，是指原子在三維空間中呈規(guī)則有序排列的結(jié)構(gòu)，其中體積最小且對稱性高的最小重復(fù)單元稱為晶胞。換句話說，單晶是由晶胞在三維空間中周期性堆砌而成的。

 

單晶硅與金剛石(C)、鍺(Ge)都具有 “金剛石結(jié)構(gòu)”，每個晶胞中含有8個原子。硅單晶中，每個硅原子與其周圍的4個硅原子構(gòu)成4個共價鍵，因此晶體結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定。

 

 

硅原子會形成4個共價鍵，這是由硅的化學(xué)本性，或說在周期表中的位置決定的。硅的原子序數(shù)是14，在元素周期表中位于第Ⅳ族，硅原子有14個電子，最外殼層有4個電子。因此，硅在與其他元素形成共價鍵時，表現(xiàn)為4價，這便是硅穩(wěn)定性的原因。硅通過摻雜3價的B可以形成p型半導(dǎo)體，通過摻雜5價的P可以形成n型半導(dǎo)體。

 

特別是硅可以通過簡單的方法進行氧化得到的氧化硅膜具有良好的絕緣性。地殼中含硅量約為27.72%。這種“不稀罕的元素”在集成電路中卻大有用武之地，真可謂“天賜之物”！自半導(dǎo)體集成電路發(fā)明以來，硅作為不可替代材料的基礎(chǔ)地位一直未發(fā)生動搖，今后也不會發(fā)生動搖。近年來光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的興起，進一步凸顯了硅材料的重要性。

 

即使在規(guī)則排列的單晶硅中，源于石英坩堝的氧及碳等雜質(zhì)，在實際的單晶中，仍然存在著這樣或那樣的不規(guī)則性，稱其為晶格缺陷。晶格缺陷分為點缺陷、線缺陷、面缺陷。

 

點缺陷結(jié)構(gòu)簡單，其中包括由外部進入晶格的金屬雜質(zhì)原子，由規(guī)則格點失去原子而形成的空位，由于離位原子進入晶格間隙而形成的晶格間隙原子等。在CZ法拉制的單晶中，由于溶入來源于高溫狀態(tài)石英坩堝中的氧，在單晶拉制后的冷卻過程中成為過飽和狀態(tài)而殘存于晶體內(nèi)，并變?yōu)辄c缺陷。

 

對器件特性產(chǎn)生重大影響的晶格缺陷是位錯和堆垛層錯。位錯是一種線缺陷，是由外加應(yīng)力作用下，某些晶面上下的兩部分晶體發(fā)生局部相對滑移而產(chǎn)生的。根據(jù)局部滑移方向與位錯線之間的關(guān)系，位錯有刃型、螺型及混合型位錯之分。

 

面缺陷中有孿晶界面和堆垛層錯等。特別是堆垛層錯，屬于在氧化和熱處理等過程中發(fā)生的缺陷，表現(xiàn)為最密排的（111）面堆垛中插入或抽出一層，由于密排面的堆垛次序發(fā)生變化，從而產(chǎn)生不連續(xù)性。即使是高品質(zhì)的晶圓，在初期階段或器件制造過程中也都會發(fā)生各種各樣的缺陷。