氧化誘生層錯

氧化誘生層錯OSF（Oxidation-Induced Stacking Faults）存在於表面和體內。表面的OSF一般以機械損傷、金屬沾污、微缺陷（如氧沉澱）在表面的顯露處等作為成核中心；體內的Bulk-OSF則一般成核於氧沉澱。

基本介紹

• 中文名：氧化誘生層錯
• 外文名：Oxidation-Induced Stacking Faults
• 簡稱：OSF
• 存在於：表面和體內
• 分布：呈環狀

簡要介紹

通常Bulk-OSF呈環狀分布，就是所謂的OSF環，其成核於環狀分布的氧沉澱，這與晶體生長參數密切相關。

主要特徵

在晶體生長時會形成本徵點缺陷，在冷卻後矽中本徵點缺陷是過飽和的。在晶體冷卻過程中，部分空位（V）和自間隙矽原子（I）相複合，過剩的自間隙可形成位錯環；過剩的空位聚集形成空位團，或者與氧相互作用形成V-O複合體，並長大成為氧沉澱。

晶體生長時，籽晶和坩堝都在轉動，因此可以認為熱場是軸對稱的。大量研究表明矽片中存在環狀OSF對應於[v]=[I]。[V]表示空位濃度，[I]表示自間隙矽原子濃度，內部[V]>[I ]，外部則相反。當濃度V較高時形成void，較低時則與氧結合形成V-O複合體，在後續的熱處理中長大成氧沉澱；大致在[V]=[I]處，氧產生異常沉澱，在後續的熱氧化中會形成OSF。此環的半徑r由晶體生長速度v與固液界面處的軸向溫度梯度G的比值a=v/G決定，a增加則r增加，由於晶體表面的軸向溫度梯度較中心大，由上面的分析可知存在某個臨界ac 使得在其內部為V富集區域，外部為I富集區域。

晶體生長結束尾部可迅速降至400攝氏度一下，而頭部則是緩慢的冷卻，相當於經歷了一定程度的熱處理，V聚集形成void嗎，間隙氧與V作用形成氧沉澱。實際生產中r-OSF一般不可能消失於晶體中心，而是傾向於向體表移動，直到移到體外，在接近ac 處，當空位和間隙氧濃度處於特定值時，會相互作用生成異常氧沉澱。當OSF成核與此氧沉澱時便形成OSF環。當然並不是所有的氧沉澱都會引起OSF：氧沉澱太大或者應力太大則成環，應力太小則不足以引起OSF環。

CZ法，即直拉法是半導體和光伏行業生產單晶矽的主要方法，單晶矽質量對後續工藝影響較大，但常規直拉單晶工藝生產的單晶矽頭部往往存在著較多 OSF 缺陷，導致頭部無法使用，增加了生產成本。OSF缺陷是氧原子、自間隙缺陷和空位缺陷共同作用形成，其環狀分布特徵和生長參數（生長速度、固液界面處溫度梯度） 決定的點缺陷的徑向分布相關聯。

單晶生長是物理、化學作用的綜合過程，涉及溫度場、熔體對流、雜質分凝、缺陷應力等。常規條件下，影響單晶矽質量的工藝因素主要包括：晶體和坩堝轉速、晶體生長速率、爐內壓力等。不改變單晶爐熱場前提下，主要通過最佳化上述工藝降低其頭部OSF缺陷。無缺陷晶體生長是世界上最大的難點之一，FEMAG專業晶體生長數值模擬軟體可以幫助工程師評估在上述不同的操作條件下對晶體生長質量的影響，更好掌握晶體生長工藝中的動態規律，獲取最優的配置以增加良品率和投資回報。