单晶硅拉晶时为啥要“缩颈”
学术
2024-07-31 18:02
北京
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文章来源：晶格半导体
原文作者：晶格半导体
引晶阶段是硅单晶生长过程的关键阶段，当籽晶浸入硅熔液时，由于籽晶和熔液温度相差很大，高温熔液对籽晶造成强烈的热冲击，籽晶头部会产生大量的位错。为了消除引出单晶中的位错，这些位错甚至能够延伸到整个晶体。因此，在50年代Dash发明了“缩颈”技术，可以生长无位错的单晶。根据 Dash 缩颈工艺，当籽晶和熔液熔接完成后，先引出一段细晶，这样在冷却过程中热应力较小，不易产生位错，然后缓慢提拉晶体。当引晶长度达到 120-150mm 后，再进行放肩。硅单晶作为金刚石结构，其滑移系为{111}滑移面的<110>方向。通常硅单晶的生长方向为<111>或<100>，这些方向和滑移面{111}面的夹角分别为36. 16°和19. 28°；—旦位错产生，将会沿着滑移面向体外滑移，如果此时硅单晶的直径很小，位错很快就滑移出硅单晶表面，而不是继续向晶体体内延伸，以保证直拉硅单晶 能无位错生长。因此，引晶完成后，籽晶应该快速提拉向上，晶体生长速度加快，新结晶的单晶硅的直径将比籽晶的直径小，整个阶段称为缩颈。对于(110)方向而言，晶颈的直径越小，越容易消除位错。但是，缩颈时单晶硅的直径和长度会受到所要生长单晶硅的总重量的限制，如果重量很大，缩颈时晶颈的直径就不能很细。另外，有研究者提出利用重掺硼单晶或掺锗的重掺硼单晶作为籽晶，利用重掺硼或锗可以抑制种晶过程中位错的产生和增殖的原理，采用“无缩颈”技术，同样可以生长无位错直拉硅单晶。
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