人工晶体学报

作者：倪浩然, 陈亚, 王黎光, 芮阳, 赵泽慧, 马成, 刘洁, 张兴茂, 赵延祥, 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：半导体级单晶硅,有限体积分析,热屏结构,温度场,流场,V/G值,缺陷,

基金：2022年银川市校企联合创新专项重大重点项目(2022XQZD007);2022年宁夏回族自治区重点研发计划项目(2022BFE02007)

半导体级单晶硅是芯片的基础核心材料,不仅要求控制杂质浓度,还对晶体的缺陷有很高的要求。原生点缺陷浓度作为衡量晶体品质的重要指标之一,需要通过热场的优化、晶体生长温度场的调整、晶体生长过程中晶棒温度分布的控制,以及V/G值(拉速与晶棒内轴向温度梯度比值)的优化来调控。本文采用ANSYS软件中流体计算模块Fluent的有限体积分析法,研究了不同热屏结构对300 mm半导体级直拉单晶硅温度分布的影响。针对二段式热屏,模拟了不同热屏角度下拉晶初期(400 mm)、中期(800和1 400 mm)和末期(2 000 mm)三个等径阶段的温度分布、固液界面轴向温度梯度和V/G值。通过分析各阶段V/G值的变化,在相对较大的温度梯度下,寻找到了一种V/G值更接近临界值ζ且径向均一性更优的热屏结构,为控制缺陷的浓度提供更好的条件。通过对晶棒热历史的讨论,优化热屏结构以缩短降温周期,为控制缺陷的尺寸提供更好的条件。模拟计算结果表明,热屏夹角为110°、热屏下段厚度为70 mm、热屏内壁与晶棒间距为30 mm时,其结构设计能够提供低缺陷单晶硅生产的温度分布条件。

来源：2024年第7期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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