【導(dǎo)讀】顆粒缺陷分布帶；較高的拉晶速率下，外延片表面的環(huán)形缺陷帶消失。過程中聚集長大，從而在界面處造成晶格畸變引起的。因此在單晶硅拉制過程中，為了避免這種環(huán)狀缺陷的產(chǎn)生，應(yīng)適當(dāng)提高晶體。直徑，無缺陷”成為目前單晶硅材料發(fā)展的趨勢。大直徑硅片極大的降低了IC制。半導(dǎo)體器件的柵極氧化層完整性，從而影響半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。控制和消除直拉單晶硅中的微缺陷是目前硅材料開發(fā)面臨的最關(guān)鍵問題。單晶硅中微缺陷的影響，并通過熱場改進來降低其對單晶硅質(zhì)量的影響。件下單晶硅體內(nèi)微缺陷濃度和分布情況。熔體中的熱對流對單晶硅體中的氧含量有重要影。保持CUSP磁場對稱面與熔體增塌界面交點處的徑向分量不變，調(diào)節(jié)CUSP. CUSP磁場通電線圈的距離對于單晶硅中的氧濃度有著顯著影響。緣處易出現(xiàn)間隙型缺陷。晶體生長速度的不斷增大，單晶硅體中CI-CV=0的區(qū)域先增大，后減小。產(chǎn)生的SiO數(shù)量減少，從而降低了單晶硅體中的氧含量?，F(xiàn)在的單晶硅可以生長到2m長，直徑可達(dá)300mm，重達(dá)265kg。

　　

【正文】 cal analysis of melt/crystal interface shape in large diameter single silicon crystal growth 大直徑 單晶硅 生長過程中固 /液界面形狀的數(shù)值分析 滕冉 北京有色金屬研究總院 摘要 ：隨著集成電路 (IC)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，器件制造商對 IC 級 單晶硅 材料提出了更加嚴(yán)格的要求，具體表現(xiàn)在硅材料的高純度、高均勻性、高完整性和大直徑四個方面的要求。一般來說，晶體直徑增加時會使結(jié)晶過程中晶體內(nèi)部的熱量難以及時傳遞出去，進而增大晶體徑向溫度梯度，導(dǎo)致晶體與熔體交界面的形變量增加，最終造成晶體質(zhì)量低下，甚至拉晶失敗。因此，在晶體生長過程中針對固/液界面的控制顯得尤為重要。考慮到固 /液界面的宏觀形狀與晶體中溶質(zhì)的偏析、缺陷的形成、應(yīng)力的分布等密切相關(guān)?；诖?，本論文開展了在晶體生 長過程中固 /液界面形狀控制的相關(guān)研究，著重研究了晶體生長過程中熔體的對流情況，以期提高大直徑 單晶硅 的質(zhì)量。 由于單晶爐內(nèi)的高溫環(huán)境導(dǎo)致對固 /液界面的直接觀察極為困難，且實驗拉晶也將耗費較高的成本，因此我們采用數(shù)值模擬的實驗方法，研究爐體結(jié)構(gòu)與晶轉(zhuǎn)、堝轉(zhuǎn)、拉速、磁場等工藝參數(shù)對固 /液界面形狀以及對熔體流動的影響。 論文的第三章，我們優(yōu)化了熱屏的結(jié)構(gòu)、位置以及材料，并設(shè)計了一種新型環(huán)繞式加熱器。研究表明：優(yōu)化后的熱屏能夠顯著增加晶體的軸向溫度梯度，并保持熔體中軸向溫度梯度基本不變，使得結(jié)晶速率提高的同時保持固 /液界面的平坦。一來可降低晶體內(nèi)的熱應(yīng)力，減少晶體中發(fā)生宏觀位錯的可能性；二來促使熔體自由表面的溫度升高，有效避免熔體內(nèi)發(fā)生過冷。此外應(yīng)用環(huán)繞式加熱器時，能夠減少功率的消耗，進一步降低拉晶成本。 論文的第四章，我們研究了各個驅(qū)動力獨立作用于熔體時，固 /液界面的形狀變化和熔體的流動情況。結(jié)果表明：僅浮力或表面張力作用于熔體時，整個熔體內(nèi)產(chǎn)生一個逆時針方向的渦流；僅晶轉(zhuǎn)或氬氣剪切力作用于熔體時，整個熔體內(nèi)產(chǎn)生一個順時針方向的渦流；僅坩堝旋轉(zhuǎn)時，熔體中產(chǎn)生多個流動方向不同的渦流。因此，加快晶轉(zhuǎn)會增加界面的形變量，且 界面下方局部區(qū)域內(nèi)熔體流速和湍流程度增加；而堝轉(zhuǎn)的增加會使界面更加平坦，但會增加功率的消耗。此外，還研究了施加磁場后固 /液界面的形狀變化及熔體的流動情況。模擬過程中我們主要考慮了磁感應(yīng)強度、線圈間距離、線圈半徑、零高斯面與熔體自由液面的相對位置的影響。研究結(jié)果表明：施加軸向磁場時，隨磁感應(yīng)強度的增加，固 /液界面愈趨于平緩，但熔體中的氧含量也明顯增加，這會降低半導(dǎo)體材料的少子壽命并造成 pn 結(jié)的漏損電流。施加 CUSP 磁場時，隨磁感應(yīng)度增加，固 /液界面也愈趨平緩，尤其當(dāng) B=，界面近乎于直線且熔體中的氧 含量明顯減少。 最后本論文研究了晶體處在不同生長階段時界面形變量與熔體流動情況。研究結(jié)果表明：隨著晶體長度的增加，固 /液界面的形變量不斷增加，晶體內(nèi)部的熱應(yīng)力顯著增大。但通過精確調(diào)節(jié)晶體轉(zhuǎn)速與坩堝轉(zhuǎn)速的比值和提拉速率，實現(xiàn)了晶體生長的各個階段都保持最小旳界面形變量?？梢娋w旋轉(zhuǎn)與坩堝旋轉(zhuǎn)的比值與界面的形變大小密切相關(guān)，同時降低提拉速率也可顯著減小界面的形變量。此外，我們還探索了相同熱場和控制參數(shù)條件下，生長不同尺寸的 單晶硅 時的固 /液界面形狀及熔體流動情況。結(jié)果表明：隨著晶體直徑的增加，界面的形變量和晶體內(nèi)的 熱應(yīng)力也隨之增大。 關(guān)鍵詞 ： 單晶硅 ；數(shù)值模擬；熱場結(jié)構(gòu)；控制參數(shù)；熔體流動；固 /液界面 Design of Automatic Control System on Crystal Growing Equipment 單晶爐自動控制系統(tǒng)的設(shè)計 王慶 西安理工大學(xué) 摘要 ：在單晶硅生產(chǎn)過程中 ， 硅片的直徑大小和晶體生長過程的自動化程度 ， 對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有很大的影響 。 為此 ， 本課題以 TDR120 型單晶爐的開發(fā)背景 ， 解決了晶體生長過程中直徑準(zhǔn)確測量問題 ， 同時在分析出工藝曲線的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了單晶生長過程全自動控制的目標(biāo) 。 本文中對單晶爐熱場做了系統(tǒng)的分析 ， 利用 FEMAGsoft 公司的FEMAG/CZ熱場仿真軟件對 TDR120爐熱場進行了設(shè)計及熱電藕合模擬 ， 確定了熔晶電流 、 電壓 、坩堝 的位置等化料工藝參數(shù) ， 使熔晶過程可以順利進行 。 并通過軟件模擬 ， 得到了長晶各個階段爐內(nèi)熱場分布 ， 并對熱場的合理性進行了分析和討論 。 在熱場分析的基礎(chǔ)上確定出合理的溫度 、 速度曲線 ， 為晶體生長控制奠定了工藝基礎(chǔ) 。 在晶體生長過程中 ， 晶體直徑的控制是通過控制晶升速度和加熱器溫度而實現(xiàn) 的 。 控制系統(tǒng)有在兩個輸入量為加熱溫度和提拉速度 ， 兩個輸出量為晶體直徑和生長速度 ， 輸入輸出之間存在相互藕合關(guān)系 。 在本設(shè)計中采用前饋補償解偶的方法 ， 成功地解決了單晶爐生長控制中雙入雙出 耦合 系統(tǒng)的解偶問題 。 實驗表明 ： 在整個拉晶階段 ， 實現(xiàn)了晶體生長的全自動控制 ， 可以根據(jù)工藝要求控制溫度變化 ， 控溫精度可以達(dá)到預(yù)期要求 ， 同時在整個晶體生長階段將直徑控制在了允許的誤差范圍內(nèi) 。 關(guān)鍵詞 ： 單晶爐 ， 直徑測量 ，熱場仿真， 拉晶工藝 ， 前饋補償解偶 Single Crystal Furnace Thermal Field Analysis on FEMAG/CZ Thermal Field Simulation Software 基于 FEMAG/CZ熱場仿真軟件的單晶爐熱場分析 王 慶 1， 2，張婷曼 3 （ ，西安 710077； ，西安 710048； ，西安 710100） 摘要 ：基于 FEMAGSoft 公司的 EMAG/CZ 熱場仿真軟件具有模擬提拉法生長單晶體的熱場仿真功能，提出使用溫度梯度分析熱場，通過仿真證明熱場設(shè)計合理，滿足生長單晶棒的要求。 關(guān)鍵詞 ： EMAG/CZ 熱場仿真軟件；溫度梯度；仿真 Numerical Simulation of Crystal Growth Velocity on MicroDefects in CZSi 晶體生長速度對 單晶硅 微缺陷影響的數(shù)值模擬 常麟 1，崔彬 1，周旗鋼 1 ， 2，戴小林 1，吳志強 1，肖清華 1 ( 1. 北京有研半導(dǎo)體材料股份有限公司，北京 100088； 2. 北京有色金屬研究總院，北京 100088) 摘要 ： 利用有限元分析軟件對直徑為 300 mm 直拉 單晶硅 生長過程進行模擬，分析了 單晶硅 體中微缺陷的類型和分布隨不同晶體生長速度的變化規(guī)律。隨著晶體生長速度的不斷增大， 單晶硅 體中以空位為主的微缺陷區(qū)域逐漸增大，如水晶起源粒子 ( crystal originated particles， COP) ，以間隙原子為主的微缺陷區(qū)域逐漸減小，同時，間隙型微缺陷的濃度呈現(xiàn)不斷減小的趨勢，空位型微缺陷的濃度呈現(xiàn)不斷增大的趨勢。晶體生長速度的不斷增大， 單晶硅 體中間隙型微缺陷的濃度與 空位型微缺陷的濃度近似相等的區(qū)域先增大，后減小。通過 Cu 綴飾實驗和流體圖案缺陷 ( flow pattern defect， FPD) 密度測量，將所得微缺陷類型、濃度的實驗結(jié)果與晶體生長速度對硅晶體微缺陷影響的數(shù)值模擬結(jié)果進行了對比，實驗結(jié)果驗證了數(shù)值模擬的結(jié)果。 關(guān)鍵詞 ：直拉 單晶硅 ，晶體生長速度，微缺陷，有限元分析，數(shù)值模擬 熱屏底端位置對生長 300 mm單晶硅 熱場影響的數(shù)值模擬 滕冉 1 2，戴小林 2，徐文婷 1 2，肖清華 2，周旗鋼 1 2 （ ，北京 100088： ，北京 100088） 摘要 ：數(shù)值模擬技術(shù)是分析和優(yōu)化 大 直徑 單晶硅 生長的有效工具．采用有限元分析軟件 FEMAG/CZ計算 了 在 700 mm熱場中生長 300mm直拉單晶硅的過程中，當(dāng)熱屏底端處于不同 位置 時熱場中的溫度分布 。 模擬中 考慮了熔體 和氣流流動對晶體生長過程的影響，通過 對 生長界面上 V/G 比值，熱應(yīng)力的分析，得出：在誼熱場中盡量低的 坩堝位置 和距晶體適 當(dāng) 近的熱屏 底端位置有利于生長高質(zhì)量晶體。模擬計算結(jié)果表明，在該 熱場條件下，最佳熱屏位置是熱屏底端距晶體和距 熔 體自由液面距離依次為 75mm和 120mm。 關(guān)鍵詞 ：直拉 單晶硅 ， 數(shù)值模擬 ， 熱屏低端位置 ， 固液界面