大直径直拉硅单晶炉热场的数值模拟

数值模拟技术已经成为分析和发展工业化晶体生长工艺必不可少的工具。提出了直拉硅单晶生长过程温度分布的有限元模拟，通过对300单晶炉内热场的数值模拟计算，得出了晶体生长不同阶段的单晶炉内温度分布及相应的温度梯度和热流密度分布。     

300 mm 硅单晶生长过程中热弹性应力的数值分析

采用有限体积元法软件CrysVUn对直拉法生长300mm硅单晶热场和热应力分布进行了模拟，模拟考虑了热传导、辐射、气体和熔体对流、热弹性应力等物理现象。针对晶体生长过程中小形变量的塑性形变，以Cauchy第一和第二运动定律作为局部控制方程，考虑了硅单晶的各向异性，计算了〈100〉硅单晶生长过程中晶体内von Mises应力分布和变化规律，结果表明在等径生长阶段热应力上升最显著，界面上方晶体内热应力随晶体生长速率增大而升高。     

450mm IC级硅单晶的制备

450mm直径的硅片面积比目前主流300mm硅片面积大2.25倍,是下一代半导体芯片的衬底。国外许多半导体设备和材料公司已联手开展这方面的研究工作。从技术和市场角度讨论分析了以下问题：①投料量和单晶收率的关系;②籽晶的承重;③设备安全性,防止一氯化硅粉尘的爆燃;④晶体质量的控制,从热场的选择和设计、缺陷控制、单晶体金属控制等方面做了分析;⑤对当前国内外相关原材料的市场情况进行了讨论。文章指出,现在国内直径450mm硅晶体生长的研发条件已经成熟。     

大直径直拉硅单晶等径的PID参数优化

随着国内硅材料应用技术不断发展,在大直径单晶的直径生长控制方面除了在设备上采用更加先进的双CCD系统,同时也对单晶生长的直径PID提出了更加严格的要求,因此研究单晶生长的直径PID参数设置有着重要意义.以等径阶段PID参数设置为研究对象,采用晶体生长的实验方法研究了不同PID参数控制对晶体生长的影响,分析了不同参数的作用,最终获得了大直径CZ硅等径生长的优化PID控制参数.实验选用TDR-150型单晶炉,Ф700mm热场系统,一次性投人200kg多晶硅,拉制目标直径400mm的大直径硅单晶.从实验中可以分别得到4条晶体生长等径过程中直径波动曲线以及4张等径过程中实际拉速及晶体生长速率波动图.通过对比分析,实验确认了PID 3个参数(P值比例增益,D值微分,I值积分)的合理取值范围及其作用效果:应使P值在系统具备较高灵敏度和稳定控制的平衡点;使D部分在系统频率特性的中频段,以改善系统的动态性能;而使I值在系统频率特性的较低频段,以提高系统的稳态性能,同时又能够作用于长期控制.     

Simulation of Heat Transfer and Oxygen Transport in a Czochralski Silicon System with and Without a Cusp Magnetic Field

1 INTRODUCTION The development of IC-technology requires large size Si wafer and Czochralski (Cz) process has domi-nated the production of single crystals for most of the materials used in the microelectronic industry. It was reported that the melt flow is stable when the wafer diameter is small. Converged solutions were obtained by using a laminar model. For example, Xiao and Derby[1] simulated the flow of oxide melt at Grashof number Gr =2.54×105, Oshima et al.[2] simulated the flo…