直拉法单晶硅中位错影响因素

1、固液界面的影响

一般情况下，熔体与晶体间的固液界面的形状是由晶体、熔体以及环境温度分布情况而决定的。同时，生长条件还会影响到固液界面形状，例如气体产生的对流与压力作用、提拉的速度影响等等。就固液界面的形状而言，可能会有凸形、凹形或是平面出现，甚至还会变为 W 形等，并发现 W 形能够对晶体中心压缩应力起到缓解作用，进而令形成位错的概率降低。

而相较于较为平坦的固液界面而言，向着溶体面凸出的固液界面附近的切应力应是更大的，尤其是相比中心而言，边缘的切应力要大几倍之高。截面朝向溶体凸出的情况下，其界面附近位置也就会发生位错的情况；当处在一种平坦状态的情况下，也就会起到相应的抑制作用，进而避免的位错发生，即凸界面前切应力要比平面籽晶高。

固液界面的不同形态对于位错发生有不同的影响作用，通过对提拉速度等影响因素来对其界面曲率加以控制，将界面的波动减少，进而对形成位错的抑制作用有利。

2、籽晶热冲击的影响

在直拉法单晶硅的生长初期阶段，在籽晶于硅熔体的表面侵入的时候，有可能会因热冲击而受到影响，而在籽晶当中发生位错时，位错会延伸至生长晶体中并造成影响（见图 1）。固液界面的不同形态对于位错发生有不同的影响作用，通过对提拉速度等影响因素来对其界面曲率加以控制，将界面的波动减少，进而对形成位错的抑制作用有利。

若有效地将缩颈技术加以利用，则就能够实现引晶环节的位错排除。但对加大的直拉法单晶硅而言，细颈较难撑起其质量。因此，其提出直拉法单晶硅夹持提拉方法，在长晶后期阶段，夹持壁夹持硅棒并提拉，最大程度降低细颈位置的质量，继续提拉硅棒也不会对其旋转活动造成影响，进而将大重量直拉法单晶硅的细颈较难承受质量的难题解决，这也对保留缩颈工艺的位错排出有积极的作用。

3、晶体直径的影响

当界面之下的生长晶体直径大于籽晶直径的情况下，就会引发界面边缘产生位错，其产生是因不完全引晶的影响。相反的，界面的附近并无位错产生，而生长晶体与籽晶的直径相同时，θ＝0°处在形成位错的临界情况下，如图 2 所示。

就对直拉法单晶硅而言，熔体液位、提拉速等发生变化都会对其直径造成影响。利用较高熔体温度虽然能够将引晶的晶体直径减小，可同时也需要给予充足的籽晶预热时间，才可以将位错的形成产生抑制作用，进而生长无细颈晶体。位错的产生的应力来源即为不变化的问题及其分布不均而产生的热应力。

伴随直拉法单晶硅的直径在逐渐的加大，进行冷却的过程中，其外层的降温速度迅速，但内层却较为缓慢，这令其径向温度随之增加，致使其出现较高热应力。直拉法单晶硅棒在进行拉直后受到热应力影响，在尾部就会出现大量位错，并且其延伸的长度大于与尾部的直径相等，并发现了晶体的直径发生变化之后，会出现局部最大应力值的状况，进而引发位错的产生。但是，因为生产设备灵敏度及不可避免因素等方面的影响，当前要想令标准圆柱形单晶硅生长出来是较难实现的。

如果在晶体周围增添上隔热罩，将侧壁散热量进行适当的降低，并且加大硅棒的尺寸，进而令更为明显温度梯度变化，能够将热应力降低，随之降低位错发生概率。因此，对单晶硅直径改变及热应力变化对于位错产生的影响进行研究是有重要意义的。