人工晶体学报

作者：王忠保, 张友海, 刘天培, 倪浩然, 芮阳, 马成, 王黎光, 曹启刚, 杨少林

单位：1.宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司，宁夏半导体级硅晶圆材料工程技术研究中心，银川 750021；2.北方民族大学材料科学与工程学院，宁夏硅靶及硅碳负极材料工程技术研究中心，银川 750021；3.贺兰山实验室半导体晶体与陶瓷材料研究所，银川 750021

关键词：单晶硅,半导体,磁场强度,直拉法,COP,均匀性,

基金：2023年银川市科技支撑项目(2023GXHZC02);2024年宁夏回族自治区重点研发计划项目(2024BEE02012)

在半导体制造中，直拉（Cz）法生长的单晶硅是微电子器件的核心基材，其晶体完整性及缺陷分布对芯片良品率和可靠性至关重要。然而，Cz法生长过程中晶体原生颗粒（COP）缺陷径向分布不均匀的问题亟待解决。本文通过数值模拟与实验研究，探讨了不同横向磁场强度（500和3 000 Gs）对12英寸（1英寸=2.54 cm）Cz单晶硅拉制过程中熔体对流、熔体温度分布及固液界面温度梯度的影响，并分析了磁场强度对COP分布均匀性的作用机制。结果表明：3 000 Gs磁场强度下的熔体流动、温度分布及固液界面温度梯度更加稳定，有利于形成低密度且均匀的COP分布；而500 Gs磁场强度下，晶棒从头到尾的COP均呈现出高密度且不均匀的分布。实验结果与数值模拟结果一致，验证了磁场强度对COP分布均匀性的显著影响。本研究为优化Cz法单晶硅生长工艺、提高晶体质量提供了理论依据和实践指导。

来源：2025年第12期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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