CZ重掺锑硅单晶的锑和氧杂质

介绍了重掺锑硅单晶生长和应用中的主要特点，并对单晶生长过程中出现的关键问题，如锑的挥发。

旋转对Cz法硅晶生长过程中热输运和熔体流动影响的数值模拟

建立了一个120 kg单晶炉的二维轴对称全局模型,分别对无旋转、加入晶体旋转、加入坩埚旋转、同时加入晶体旋转和坩埚旋转的四种工况展开了数值模拟研究。得到了晶体旋转及坩埚旋转对晶体生长过程的拉晶功率、炉内温度分布和熔体流动的影响;得到了不同晶体长度下拉晶炉内的温度分布以及熔体流动的变化规律。结果显示,加入晶体旋转对晶体生长过程的拉晶功率、温度分布和熔体流动的影响小于坩埚旋转的影响;随着晶体长度的增加,晶体旋转及坩埚旋转对温度分布和熔体流动的影响不断减小。因此在单晶炉设计和优化过程中应考虑整个晶体生长过程。

CZ单晶炉中碳和氧的产生及其对单晶硅生长的影响

以FerroTec集团生产的FT-CZ2008型单晶炉为研究对象,介绍CZ单晶炉的基本结构,阐述单晶硅的生长工艺.从单晶炉炉体结构和单晶硅的生产工艺及其他因素共3个方面分析该系统中影响碳和氧生成的因素,并给出实验数据分析结果,得出碳和氧对单晶硅生产质量的影响程度,期望对企业进一步改进单晶炉结构、革新单晶硅生长工艺、提高单晶硅生产质量有所帮助.

Ф400mm直拉硅单晶生长过程中氧浓度对微缺陷影响的数值模拟

针对大直径直拉硅的微缺陷控制问题,模拟研究了初始氧浓度对于直径400 mm直拉硅单晶生长过程中原生点缺陷、空洞和氧沉淀演变规律。结果表明:晶体生长过程中氧沉淀和空洞的浓度及尺寸受晶体所经历的热历史和初始氧浓度的共同影响。当温度降低时,氧沉淀和空洞浓度降低,空洞尺寸增大,氧沉淀尺寸随初始氧浓度不同变化规律相异。在较低初始氧浓度时,随温度降低氧沉淀尺寸减小,在较高氧浓度时,氧沉淀尺寸增加。在相同热条件下,高温时,随初始氧浓度增加,空洞浓度先降低后升高,随后又继续降低;低温时,空洞浓度先不变后降低。

炭/炭复合材料制造硅晶体生长坩埚初探

多晶硅用直拉法(CZ)或磁场直拉法(MCZ)拉制成单晶硅棒。晶体生长炉热场零件中的石墨发热体、坩埚等在机械应力和热应力的综合作用下发生变形或损坏造成失效,更换频繁。选用纯度高的炭纤维制成待制件的多孔坯体,经过增密、纯化处理制成炭/炭复合材料坩埚。试制的两体12"炭/炭复合材料坩埚进行了工业性试验。炭/炭复合材料机械强度高、耐热冲击性能和化学稳定性好,其使用寿命大大高于高纯石墨坩埚。两体的连接止口的氧化侵蚀限制了坩埚的使用寿命。单晶硅设备的大型化、炭/炭复合材料势必成为晶体生长炉热场零件的必选材料。

液面位置对Φ300mm硅单晶固液界面形状影响的数值计算

数值模拟技术已经成为分析和优化工业化晶体生长工艺必不可少的工具。本文利用有限元分析软件计算了300mm直拉硅单晶生长过程中,不同液面位置时的晶体固液界面形状,模拟计算考虑了热传导、辐射、气流等物理现象,分析了晶体长度和液面位置对晶体生长界面形状的影响,得出了随着晶体长度的增加固液界面的凸度会增大的规律。

拉速对?400mm直拉硅单晶中空洞分布影响的数值模拟

为了研究拉速对?400mm直拉硅单晶中空洞演变的影响,应用CGSim软件模拟了3种拉速下晶体中空洞演变过程。模拟结果表明,(1)3种拉晶速度下具有相同的空洞分布规律,即随着径向半径增加,晶体心部的空洞密度增大而平均直径减小,该变化趋势随轴向位置远离固液界面而减弱;晶体边缘的空洞密度和平均直径随径向半径增加而减小,直至形成无空洞区,无空洞区域随轴向位置远离固液界面而缩小;(2)随着拉晶速度加快,晶体心部的空洞密度及其平均尺寸相应增大,对应的变化区域基本上向边缘整体平移。

炭/炭复合材料在半导体制造行业的应用

综述了传统炭/炭复合材料和膨胀石墨基低密度炭/炭复合材料在半导体制造业直拉(CZ)法单晶硅炉中的应用。指出了在CZ单晶炉内炭/炭复合材料比石墨材料热场零部件的优势所在,并认为随着硅单晶直径的增大,炭/炭复合材料取代石墨材料将成为硅晶体生长炉热场系统的首选材料。

单晶硅生长原理及工艺

介绍了直拉法生长单晶硅的基本原理及工艺条件。通过控制不同的工艺参数(晶体转速:2.5、10、20rpm;坩埚转速:1.25、5、10),成功生长出了三根150×1000mm优质单晶硅棒。分别对这三种单晶硅样品进行了电阻率、氧含量、碳含量、少子寿命测试,结果表明,当晶体转速为10rpm,坩埚转速为5rpm,所生长出的单晶硅质量最佳。最后分析了氧杂质和碳杂质的引入机制及减少杂质的措施。

密闭式热场下<111>晶向Si单晶高晶转生长研究

在Kayex CG6000单晶炉上采用优化的350 mm密闭式热场,在23~25 r/min高晶转下用直拉法拉制出了Φ76.2~125 mm、n型高阻〈111〉晶向Si单晶,单晶的外形和径向电阻率均匀性良好。对〈111〉晶向Si单晶在高晶转下生长容易出现扭曲变形、棱面较宽现象的原因进行了分析。通过添加热屏,加强热场的保温和热屏的隔热作用,及缩小等径生长阶段熔Si液面与热屏间的距离,提高了晶体结晶前沿的温度梯度。从而避免了〈111〉晶向Si单晶的扭曲变形,减小了单晶棱面宽度,同时有利于消除晶体的漩涡缺陷。

初始埚位对单晶少子寿命的影响

在KX260晶体生长系统上装备24英寸(1英寸=2.54 cm)热场,装料量为120 kg。采用5种不同的初始埚位(-50,-60,-70,-80,-90 mm),其他工艺参数相同的晶体生长工艺,拉制了5根200 mm、p型、晶向〈100〉、电阻率2Ω.cm的单晶硅棒。待硅棒冷却后,取片进行少子寿命和氧含量的测试,根据所得数据分析不同初始埚位对少子寿命的影响。由分析结果得出结论:随着初始埚位的提升,单晶硅棒少子寿命逐渐降低。结合实际生产利润及硅片品质需要,最后得到最适合晶体生长的初始埚位是-70 mm。

12英寸硅单晶生长过程中熔液面位置控制方法研究

集成电路用12英寸硅单晶生长过程中,为满足晶体生长界面附近温度梯度的要求,需要测量并控制晶体生长过程中硅熔体液面位置。传统的设定坩埚上升速度和激光测距的方法有时不能适应直拉硅单晶生长技术的发展。本文提出并实现了一种采用CCD图像捕捉和测量液面位置的方法,结合调节坩埚上升速度来控制液面高度,最终可以满足生长集成电路用12英寸硅单晶的需要。

基于栈式自编码网络的直拉硅单晶生长过程V/G软测量建模

在直拉硅单晶生长过程中,晶体质量与固液界面V/G密切相关,实现V/G的在线监测,对于生长低缺陷、无位错的大尺寸硅单晶至关重要。然而,在实际工业生产中V/G的直接获取异常困难。针对该问题,提出一种基于栈式自编码网络的软测量模型SAE-ELM,以实现V/G的实时监测。所提模型采用SAE提取数据特征,并将其作为ELM网络输入以实现对V/G的回归预测。其中,为了消除噪声影响,对原始数据进行了小波分解与重构,同时考虑到易测变量与目标变量之间的相关性,构建了基于Pearson和Spearman混合相关系数,以选择与V/G相关性较强的辅助变量。根据某型号单晶炉晶体生长过程中的实验数据,将该模型的性能与其他数据驱动建模方法进行了比较,验证了所提模型的有效性。

机械振动对直拉法Si单晶生长的影响

机械振动是直拉法单晶生长过程中不可避免的因素,影响单晶的正常生长。从生长机理方面看,传递到熔体的振动会引起熔体内对流的变化,对固-液界面的稳定性造成干扰,从而影响单晶的品质和无位错生长;从操作控制方面而言,熔体的振动会使引晶变得困难,也不利于等晶生长过程中的自动控制,造成了生产周期的相对延长,从而增加了生产成本。分析了实际生产过程中振动的来源及其对单晶生长的影响,并探讨了一些抑制振动的方法来消除这一影响。

直拉单晶硅生长过程中固液界面形状研究

本文采用晶体生长软件CGSim对直拉单晶硅生长过程中固液界面进行了研究。讨论了不同晶体等径长度下固液界面形状的特点,模拟了晶体生长界面的变化过程;与此同时对不同晶体拉速、晶转、埚转对固液界面形状的影响进行研究,根据模拟结果确定影响固液界面的最优拉速、晶转及埚转。

单晶炉炉室不同位置的磁导率的研究

本文通过导磁率测量仪,测得不锈钢炉室内外壁和炉盖内外壁的磁导率,发现炉盖磁导率比炉体要高,外壁磁导率比内壁要高,并且在焊接处的磁导率要远高于未焊接处的磁导率。通过对炉体各处磁导率的测量,可以得到炉体对磁场分布的影响,为外加磁场的设计研究提供保证。

世界半导体硅工业新动向

文章从技术和市场两方面概括了近年来世界半导体硅工业的新动向。评述了单晶中的氧行为,CLF-CZ、FCCZ、MCZ等方法的应用,分析了硅工业的发展方向与国际市场的变化。

高温氩退火对直拉CZ硅单晶中空洞型微缺陷的影响

研究了高温氩退火对大直径直拉硅单晶中晶体原生粒子缺陷(COP)的消除作用。分别在不同温度和保温时间下进行退火,然后利用表面扫描检测系统SPI测量退火前后硅片表面COP的密度变化,来表征退火对COP的消除作用。研究发现,在1200℃退火2 h能够显著降低硅单晶表面区域的COP密度,并且随着退火时间的延长COP的密度降低得越多。然后,把所有的退火硅片抛去不同的厚度,检测COP在厚度上的分布,进而得出退火对COP消除的有效距离为0～10μm。因此,可以得到高温氩退火只能够消除硅片表面的COP缺陷,而对于硅片内部的这些缺陷影响较小。

融合改进蚁狮算法和T-S模糊模型的噪声非线性系统辨识

针对传统的T-S模糊辨识方法难以准确辨识含噪声的非线性系统问题,将噪声信号和系统的其他输入变量一起作为模糊前件的输入,采用具有动态随机搜索和寻优半径连续收缩机制的改进蚁狮算法优化模糊前件的结构参数,使用加权最小二乘法实现模糊后件的参数辨识.数值仿真表明,所提出的辨识方法可以有效抑制噪声的影响,经过改进蚁狮算法优化后的T-S模糊模型辨识效果更好.最后,将所提出方法用于直拉硅单晶生长热模型的辨识,实验结果表明该方法优于传统的辨识方法.

300 mm单晶硅生长过程中直径的功率控制方法

直拉法硅单晶生长过程微缺陷的形成和长大遵循Voronkov提出的V/G(V是晶体生长速度,G是晶体生长界面的轴向温度梯度)理论。在G由热场设计和液面位置决定的前提下,单晶硅生长过程中晶体提升速度的精确控制是生长无空洞型原生微缺陷大尺寸单晶硅的关键。为控制晶体的提升速度处于无原生微缺陷单晶硅生长所需的范围内,同时获得±1 mm的直径控制效果,需要解决复杂的热传递过程导致晶体直径变化相对于功率调节大滞后性的问题。研究了通过调节加热功率控制晶体直径的时滞系统理论模型,提出了模糊比例、积分、微分(PID)控制结合Smith预估控制器的控制策略。结果表明,Smith预估控制器能有效消除系统迟滞对控制器的影响,大幅提高系统的稳定性。同时结合Smith预估控制器,普通PID控制策略和模糊PID控制策略均有较好的控制效果,且模糊PID响应更为快速,系统鲁棒性和抗干扰能力更强。在30 mm·h^(-1)晶体提升速度的条件下,降低晶体内流动图形缺陷(FPD)密度,并实现了直径300 mm单晶硅晶体直径的精确控制,精度达到±1 mm。