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CZ生长原理及工艺流程

CZ法的根本原理，多晶体硅料经加热熔化，待温度相宜后，经过将籽晶浸入、

熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步骤，完成一根单晶锭的拉制。炉内的

传热、传质、流体力学、化学反响等过程都干脆影响到单晶的生长与生长成的单

晶的质量，拉晶过程中可干脆限制的参数有温度场、籽晶的晶向、坩埚和生长成

的单晶的旋转与升降速率，炉内爱惜气体的种类、流向、流速、压力等。

CZ法生长的具体工艺过程包括装料与熔料、熔接、细颈、放肩、转肩、等径生

长和收尾这样几个阶段。

1．装料、熔料

装料、熔料阶段是CZ生长过程的第一个阶段，这一阶段看起来似乎很简洁，

但是这一阶段操作

正确与否往往关系到生长过程的成败。大多数造成重大损失的事故(如坩埚裂开)

都发生在或起源于这一·阶段。

2．籽晶与熔硅的熔接

当硅料全部熔化后，调整加热功率以限制熔体的温度。一般状况下，有两个传

感器分别监测熔体外表和加热器保温罩石墨圆筒的温度，在热场和拉晶工艺变更

不大的状况下，上一炉的温度读数可作为参考来设定引晶温度。按工艺要求调整

气体的流量、压力、坩埚位置、晶转、埚转。硅料全部熔化后熔体必需有必需的

稳定时间到达熔体温度和熔体的流淌的稳定。装料量越大，那么所需时间越长。

待熔体稳定后，降下籽晶至离液面3～5mm距离，使粒晶预热，以削减籽经与熔

硅的温度差，从而削减籽晶与熔硅接触时在籽晶中产生的热应力。预热后，下降

籽晶至熔体的外表，让它们充分接触，这一过程称为熔接。在熔接过程中要留意

视察所发生的现象来判定熔硅外表的温度是否相宜，在相宜的温度下，熔接后在

界面处会渐渐产生由固液气三相交接处的弯月面所导致的光环(通常称为“光

圈”，)并渐渐由光环的一局部变成完整的圆形光环，温度过高会使籽晶熔断，温

度过低，将不会出现弯月面光环，甚至长出多晶。娴熟的操作人员，能依据弯月

面光环的宽度及光明程度来判定熔体的温度是否相宜。

3．引细颈

虽然籽晶都是接受无位错硅单晶制备的[16～19]，但是当籽晶插入熔体时，

由于受到籽晶与熔硅的温度差所造成的热应力和外表张力的作用会产生位错。因

此，在熔接之后应用引细颈工艺，即Dash技术，可以使位错消逝，建立起无位

错生长状态。

Dash的无位错生长技术的原理见7．2节。金刚石构造的硅单晶中位错的滑

移面为{111}面。当以[l00]、[lll]和[ll0]晶向生长时，滑移面与生长轴的最小夹角

分别为36．16°、l9．28°和0°。位错沿滑移面延长和产生滑移，因此位错要延长、

滑移至晶体外表而消逝，以[100]晶向生长最简洁，以[111]晶向生长次之，以[ll0]

晶向生长情形假设只存在延长效应那么位错会贯穿整根晶体。细颈工艺通常接受

高拉速将晶体直径缩小到大约3mm。在这种条件下，冷却过程中热应力很小，

不会产生新的位错。因此，细颈的最小长度L与直径D的关系可由下式表示：

式中，θ为滑移面与生长轴的最小夹角。高拉速可形成过饱和点缺陷。在这种条

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件下，即使[ll0]晶向生长位错也通过攀移传播到晶体外表。实践发觉，重掺锑晶

体细颈粗而短就可以消退位错，可能是通过攀移机制实现的。在籽晶能承受晶锭

重量的前提下，细颈应尽可能瘦长，一般直径之比应到达1：10。

4．放肩

引细颈阶段完成后必需将直径放大到目标直径，当细颈生长至足够