热屏结构对300 mm半导体级单晶硅生长过程温度分布影响的数值模拟

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 NI Haoran;CHEN Ya;WANG Liguang;RUI Yang;ZHAO Zehui;MA Cheng;LIU Jie;ZHANG Xingmao;ZHAO Yanxiang;YANG Shaolin

作者机构：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 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 

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) 

出 版 物：《人工晶体学报》 (Journal of Synthetic Crystals)

年 卷 期：2024年第53卷第7期

页      码：1196-1211页

摘      要：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1400 mm)和末期(2000 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。

主 题 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 

学科分类：081702[081702] 07[理学] 070205[070205] 08[工学] 0817[工学-轻工类] 080501[080501] 0805[工学-能源动力学] 0703[理学-化学类] 0702[理学-物理学类] 

D　O　I：10.3969/j.issn.1000-985X.2024.07.012

馆 藏 号：203128805...