人工晶体学报

作者：商润龙, 陈亚, 芮阳, 王黎光, 马成, 伊冉, 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

关键词：Cz法,超低氧单晶硅,分体式加热器,氧含量,

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)

绝缘栅双极晶体管（IGBT）是能源转换与传输的核心器件，广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天及电动汽车等领域。作为IGBT芯片的衬底材料，轻掺磷超低氧硅晶圆的品质对IGBT芯片的性能起着至关重要的作用。由于直拉（Czochralski， Cz）单晶硅拉制的过程中需要用到含氧的石英坩埚，生长的单晶硅氧含量通常达到4×1017~9×1017 atoms/cm3，远高于IGBT用硅片所需的小于2.5×1017 atoms/cm3的氧含量需求。为解决上述问题，本文通过对应用32英寸（1英寸=2.54 cm）热场的单晶硅生长进行数值模拟，设计出新式加热器来制备满足IGBT衬底需求的超低氧单晶硅棒。模拟结果显示，当采用分体式加热器时，石英坩埚壁和固液界面附近硅熔体的流速会减弱。这一现象有助于减少熔体中的氧含量及氧杂质向固液界面的传输，进而有效降低晶棒中整体的氧含量。此外，由于采用了分体式加热器，固液界面处晶棒的轴向温度梯度相较于常规加热器显著降低，这一优势也有利于减少硅棒中的氧含量。实验结果进一步证实了模拟结果，在分体式加热器下拉制的单晶硅棒的氧含量更低，且整体保持在2.5×1017 atoms/cm3以下，完全符合IGBT衬底的要求。

来源：2025年第5期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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