【正文】 從 坩堝 底部運(yùn)輸上來(lái)的富氧熔體減少 ， 繼而固 液界面處的氧濃度降低 。 φ300mm直拉 單晶硅 生長(zhǎng)過(guò)程中 ， 晶體中的氧含量隨 CUSP磁場(chǎng)通電線圈距離和半徑的變化呈現(xiàn)一定規(guī)律 。 本文采用有限元法軟件 FEMAG/CZ對(duì) φ300mm直拉 法 單晶硅 生長(zhǎng)過(guò)程中的微缺陷濃度和分布進(jìn)行了模擬 ， 分析了 CUSP磁場(chǎng) ， 晶體生長(zhǎng)速度和熱屏位置對(duì)單晶硅 中微缺陷的影響 ， 并通過(guò)熱場(chǎng)改進(jìn)來(lái)降低其對(duì) 單晶硅 質(zhì)量的影響 。單晶硅 中的微缺陷影響集成電路的成品率 。 關(guān)鍵詞 ： 顆粒缺陷 ； 外延 ； SP1； 拉速 Numerical Simulation of φ300mm CZ Si crystal microdefects 300mm直拉 單晶硅 生長(zhǎng)過(guò)程中微缺陷的數(shù)值分析 常麟 （北京有色金屬研究總院，北京 100088） 摘要 ： 超大規(guī)模集成電路的高速發(fā)展對(duì)單晶 硅 材料提出了愈來(lái)愈嚴(yán)格的要求 ， “大直徑 ， 無(wú)缺陷 ”成為目前單晶 硅 材料發(fā)展的趨勢(shì) 。隨著襯底拉速的降低，間隙原子富集區(qū)的面積增大，硅片外延后越容易出現(xiàn)環(huán)狀分布的顆粒缺陷。Particle Defects on Epitaxial Surface with 300 mm Si Substrates 300 mm 硅 外延片表面顆粒缺陷的研究 劉大力 * ，馮泉林，周旗鋼，何自強(qiáng)，常麟，閆志瑞 ( 北京有色金屬研究總院有研半導(dǎo)體材料股份有限公司，北京 100088) 摘要 ： 本文 研究了不同拉晶速率對(duì) 300 mm 硅外延片表面缺陷的影響， SP1( 表面激光顆粒掃描儀 ) 測(cè)試結(jié)果表明 ： 較低的拉晶速率下，外延片表面出現(xiàn)環(huán)狀顆粒缺陷分布帶 ； 較高的拉晶速率下，外延片表面的環(huán)形缺陷帶消失。利用FEMAG/CZ 軟件模擬了不同速率下晶體的生長(zhǎng)結(jié)果，結(jié)合其 cicv分布圖，分析出這種環(huán)狀分布的顆粒缺陷是由于晶體中間隙原子富集區(qū)產(chǎn)生的微缺陷，在外延過(guò)程中 (1050℃ ) 聚集長(zhǎng)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(guò)程中，為了避免這種環(huán)狀缺陷的產(chǎn)生，應(yīng)適當(dāng)提高晶體的拉速。 大 直 徑硅片極大的降低了 IC 制造的生產(chǎn)成本 ，但在大直徑直拉 單晶 硅 過(guò)程 中形成的微缺陷會(huì)影響 金屬 氧化物 半導(dǎo)體 (MOS)器件的柵極氧化層完整性 (GOI)， 從而影響半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能 。 隨著集成電路中特征線寬的不斷縮小 ，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(wèn)題 。 模擬考慮了磁場(chǎng)強(qiáng)度 、 熱傳導(dǎo) 、 熱輻射和氣體 /熔體對(duì)流等物理現(xiàn)象 ， 采用有限元算法 ，以熱動(dòng)力學(xué)第一定律即熱能守恒定律 ， 和動(dòng)量守恒定律作為控制方程 ， 計(jì)算了晶體生長(zhǎng)速度 ， 熱屏位置 ， CUSP 磁場(chǎng)不同通電線圈距離和不同通電線圈半徑條件下 單晶 硅體內(nèi)微缺陷濃度和分布情況 。 熔體中的熱對(duì)流對(duì) 單晶硅 體中的氧含量有重要影響 。 應(yīng)用 CUSP磁場(chǎng) ， 隨著其通電線圈距離和半徑的增大 ， 為保持硅熔體中一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布 ， 施加的電流也逐漸增大 ， 與增大通電線圈距離相比 ， 增大通電線圈半徑所需的電流較大 ， 能耗較大 ， 增加生產(chǎn)成本 ， 不宜采用 。 保持通電電流強(qiáng)度不變 ， 隨著通電線圈距離的增大 ， 單晶硅 中的氧濃度先降低后升高 ， 同時(shí)氧濃度的均勻性也表現(xiàn)出了相同的變化規(guī)律 。 在晶體的冷卻過(guò)程中 ， 晶體的中心會(huì)出現(xiàn)與空位相關(guān)的缺陷聚集 ， 如 COPs 等 。 隨著晶體生長(zhǎng)速度的不斷增大 ， 單晶硅 體中 CICV=0 的區(qū)域先增大 ， 后減小 。 這與不同拉晶速度時(shí) ， 晶體生長(zhǎng)速度 Vpul和固液界面處瞬時(shí)軸向溫度梯度 G 的比值關(guān)系密切 。 隨著晶體生長(zhǎng)速度的增大 ， 晶體熔體固液界面形狀發(fā)生明顯變化 ， 固液界面彎曲幅度不斷增大 ， 界面更加凸向晶體 ， 晶體生長(zhǎng)過(guò)程中容易受熱場(chǎng)中溫度波動(dòng)和熔體對(duì)流的影響 ， 不利于晶體拉制的成功率 。 同時(shí)由于晶體生一長(zhǎng)速度 Vpul和固液 界面處瞬時(shí)軸向溫度梯度 G 的比值的轉(zhuǎn)變 ， 適當(dāng)?shù)脑黾訜崞恋锥司喙枞垠w自由表面的距離 ， 改善了晶體中微缺陷的分布 ， 晶體中空位型缺陷的區(qū)域增大 ， 間隙型缺陷的區(qū)域減小 。 關(guān)鍵詞 ： 單晶 硅 的 微缺陷 ， 數(shù)值分析 ， CUSP磁場(chǎng) ， 晶體生長(zhǎng)速度 ， 熱屏位置 Czochralski39。rgen Evers， * Peter Kl220。這一發(fā)展已影響到人們的日常生活，你只需看看各種手機(jī)和信用卡上的芯片就能意識(shí)到這點(diǎn)。目前世界上 95%的單晶硅的生產(chǎn)工藝沿用了 1916年切克勞斯基創(chuàng)建的工藝。磁場(chǎng)的應(yīng)用給晶體生長(zhǎng)技術(shù)帶來(lái)了顯著的進(jìn)步。 關(guān)鍵詞 ：晶體生長(zhǎng)，切克勞斯基，缺陷預(yù)測(cè)，微電子，晶體 硅 Crystal shape 2D modeling for transient CZ silicon crystal growth 瞬態(tài) CZ法硅晶體生長(zhǎng)晶形的 二 維模擬 a， a， a， b， a a Faculty of Physics and Mathematics， University of Latvia， Ze??u Street8， LV1002，Riga， Latvia b Siltronic AG， HannsSeidelPlatz4， D81737M252。模型描述了晶體 熔體、熔體 氣體、晶體 氣體界面的瞬態(tài)行為，同時(shí)描述了通過(guò)改變晶體拉伸速度和加熱器功率實(shí)現(xiàn)晶體直徑的 PID控制。加熱器的溫度變化通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)化的 集成模型模擬。 關(guān)鍵詞 ：計(jì)算機(jī)模擬，相界，熱傳導(dǎo)， CZ法，熔體生長(zhǎng) Numerical Simulation of CUSP Magic Field on Oxygen Concentration Distribution in CZSi Crystal Growth CUSP 磁場(chǎng)對(duì)直拉 單晶硅 氧濃度分布影響的數(shù)值模擬 常麟 * ，周旗鋼，戴小林，魯進(jìn)軍，盧立延 ( 北京有色金屬研究總院有研半導(dǎo)體材料股份有限公司，北京 100088) 摘要 ： 利用有限元分析軟件 FEMAG/CZ對(duì) φ300 mm 直拉 單晶硅 生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行模擬，分析了保持 CUSP 磁場(chǎng)對(duì)稱面與熔體坩堝界面交點(diǎn)處的徑向分量不變的情況下， 單晶硅 中氧濃度分別隨 CUSP 磁場(chǎng)通電線圈距離、通電線圈半徑的變化規(guī)律。隨著通電線圈距離和半徑的增大，硅熔體徑向磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸增大，對(duì)坩堝底部熔體向晶體 熔體固液界面處對(duì)流的抑制作用加強(qiáng)，固液界面下方熔體軸向流速減小，使得從坩堝底部運(yùn)輸上來(lái)的富氧熔體減少，繼而固液界面處的氧濃度降低。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，將 CUSP 磁場(chǎng)對(duì)單晶中氧濃度分布影響的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際晶體生長(zhǎng)進(jìn)行了對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值模擬的結(jié)果。結(jié)果表明：隨著 0高斯面的下移，熔體中的最小氧濃度降低，而固液界面的氧濃度升高，且徑向均勻性變差。因此，推斷當(dāng) 0高斯面位于熔體自由表面下某一位置時(shí)，固液界面氧濃度將達(dá)到最低。 關(guān)鍵詞 ： CUSP磁場(chǎng)；直拉 單晶 硅；氧濃度；數(shù)值模擬 Defect engineering of Czochralski singlecrystal silicon 直拉 法單晶硅的缺陷預(yù)測(cè) T. Sinnoa*， E. Dornbergerb， W. von Ammonb， . Brownc， F. Dupretd aDepartment of Chemical Engineering， University of Pennsylvania， Philadelphia，PA 191046393， USA bWackerSiltronic AG， D84479 Burghausen， Germany cDepartment of Chemical Engineering， Massachusetts Institute of Technology， Cambridge， MA 02139， USA dCESAME， Universite Catholique de Louvain， 4 . Lemaitre， B1348 LouvainlaNeuve， Belgium 摘要 ： 現(xiàn)代微電子設(shè)備生產(chǎn)要求單晶硅基片要有空前的均勻性和純度。 這 要求我們對(duì)某些物理機(jī)制要有更深入的理解，比如晶體硅微結(jié)構(gòu)的演變機(jī)制以及相應(yīng)