纵向磁场拉制硅单晶的工艺研究

用常规CZ法拉制的硅单晶质量与VLSI对材料的要求有较大差距。MCZ法可以抑制硅熔体的热对流,因而改变了硅单晶的氧含量和其他性能。作者采用VMCZ法详细地研究了磁场对硅熔体波动、温度起伏的影响,进而研究了磁场对热场分布、磁场对硅单晶中杂质的分布、磁场对硅单晶中氧、碳含量、磁场对硅单晶中微缺陷等的影响。发现:VMCZ的结果与资料报导的HMCZ数据相比有较大差别。通过调整拉晶参数也只能有限度地改善硅单晶的性能。     

CUSP磁场对直拉硅单晶氧浓度分布影响的数值模拟

利用有限元分析软件对φ300mm直拉硅单晶生长过程进行模拟,分析了保持CUSP磁场对称面与熔体坩埚界面交点处的径向分量不变的情况下,硅单晶中氧浓度分别随CUSP磁场通电线圈距离、通电线圈半径的变化规律.随着通电线圈距离和半径的增大,晶体熔体固液界面氧浓度均逐渐降低.随着通电线圈距离和半径的增大,硅熔体径向磁场强度逐渐增大,对坩埚底部熔体向晶体熔体固液界面处对流的抑制作用加强,固液界面下方熔体轴向流速减小,使得从坩埚底部运输上来的富氧熔体减少,继而固液界面处的氧浓度降低.随着线圈距离和半径的增大,为保持所需磁场强度,施加电流也逐渐增大,从而能耗增大,与增大通电线圈距离相比,增大通电线圈半径所需的电流较大.通过实验,将CUSP磁场对单晶中氧浓度分布影响的数值模拟结果与实际晶体生长进行了对比,实验结果验证了数值模拟的结果.     

微型计算机自动控制CZ硅单晶等径生长

采用CZ法生长硅单晶时,其固体和熔体中的温度梯度是决定晶体生长速度的主要因素。生长速度、晶体直径和炉温三者之间存在着复杂的联系,晶体直径的控制又是一个大热容量滞后的多变量系统。因此常规仪表难以胜任。上海有色金属研究所在国产TDR-40炉上采用微型计算机自动控制晶体等径生长,减轻了劳动强度和减少了操作失误,有效地保证硅单晶质量和实得率。控制用微型计算机以Cromemco CSⅡ为     

水平超导磁场直拉法硅单晶熔体过热现象

基于水平超导磁场及特定热场结构，对直拉法硅单晶生长过程中的熔体过热现象进行了数值模拟和实验研究。在数值模拟中发现了熔体对流和温度变化的特殊趋势，随后在实验中发现了相应位置晶体直径突然收缩现象，依此推测拉晶过程中生长界面附近熔体温度及温度梯度的变化是引起晶体直径收缩的直接原因。此外发现改变熔体温度梯度将改变熔体过热现象发生的位置和幅度，模拟中对两种极端的功率条件进行了计算，并在实验中观察到了预期的差别。水平超导磁场对于熔体对流的抑制作用、特定的热场结构和工艺条件，都是引起熔体过热和晶体直径收缩现象发生的原因。     

MCZ硅单晶

MCZ硅单晶即磁场直拉硅单晶,于1980年由日本索尼公司首先拉制成功,至今已五年多,在这段时间里,无论对磁场直拉工艺的研究,还是对该材料在应用领域的研究都取得了很大进展。当器件集成度进入兆位时代后,为提高器件性能和合格率,对硅单晶的质量要求就更加严格,由于MCZ硅的优越性非常突出,     

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。     

拉制硅单晶的两项新技术

日本三菱材料及大阪钛制造两公司分别开发出两项拉制硅单晶的新技术.三菱材料公司开发的连续 MOZ 法,是将边加磁场边拉制的磁控管 CZ(MCZ)法与传统的切克劳斯基单晶拉制法(直拉法)组合,可将影响半导体特性的氧浓度降低,能在较宽范围内控制氧的浓度,而且,在拉制中添加的杂质(掺杂剂)浓度也可保持均匀.     

水平磁场下18英寸直拉硅单晶生长工艺的三维数值模拟

利用计算机模拟仿真技术对适用于生长18英寸直拉单晶硅的40英寸热场在水平磁场下的生长工艺进行三维模拟仿真计算,重点分析了不同强度水平磁场作用下熔体和晶体中的温度场分布、熔体中流场的变化及其对晶体生长固/液界面形状的影响及其变化规律,并进一步研究了不同水平磁场强度对熔体和晶体中氧杂质含量分布影响。数值模拟计算结果表明:由于外加水平磁场的引入,熔体的流动呈现完全的三维、非对称特点,从而导致熔体内的温度场、氧杂质的分布呈现明显的三维非对称特性;水平磁场强烈影响固/液生长界面下熔体的流动特性,从而显著影响熔体的固/液生长界面形状及氧杂质传输过程。     

CZ硅中金属杂质的起源

ＣＺ硅中金属杂质的起源为促进晶体净化技术的发展，日本三菱材料公司的科研人员研究了直拉单晶硅中金属杂质的来源。实验计算了从不同杂质来源混入熔体中的金属杂质的质量，并计算了熔硅与硅单晶中杂质的浓度；为了证实其计算结果，实验分析了单晶生长后剩余熔体样品。比...     

水平磁场对熔体热对流抑制作用的理论分析

在直拉硅单晶生长过程中,熔体热对流对单晶质量有很大影响。一方面,热对流引起的温度波动可引起生长速率的变化,因晶体回熔而引入微缺陷,降低单晶的均匀性;另一方面,热对流将直接影响单晶中的间隙氧含量,并进一步影响到随后的氧沉淀形成。因此,在单晶生长过程中如何控制或抑制熔体的热对流越来越受到重视。     

磁场在LEC法生长GaAs晶体中的应用

本文介绍了近年发展的在LEC法中应用磁场生长GaAs单晶的研究结果。对磁场应用的原理、设备及用于GaAs单晶生长作了较详细的论述。其中着重阐明了采用超导磁场生长半绝缘晶体的实际效果,指出施加磁场是生长均匀性和完整性良好的、符合集成电路要求的、大直径SI-GaAs晶体的有效措施之一。     

索尼公司发展划时代的高质量单晶硅制造方法

索尼公司最近发展了一项制造高质量单晶硅的新方法——强磁场切克劳斯基法,简称MCZ法。该法最早由美国的空间实验为了试验硅以外的材料,在地面上试验无重力拉晶时发明的。MCZ法也可应用于拉制单晶硅。一般的CZ法拉制单晶硅时,由于产生热对流现象,硅的液面颤动,温度变化,难以得到均匀的单晶,而且石英坩埚与硅熔体起化学反应,大量的氧进入硅晶体,造成晶体缺陷和晶格畸变。     

半导体硅生长工艺的发展动向

在半导体硅生长工艺方面,除常规的直拉法(CZ)和区熔法(FZ)外,近年又出现了磁场直拉法(MCZ),中子嬗变掺杂法(NTD)和连续送液直拉法(CLF—CZ)等一些新方法。对这些方法最近的发展动向,本文将分别加以讨论。     

直拉法硅表面层熔体流动所遵循的线性规律

本文定量地研究了硅自由表面层熔体的流动规律,用大量实验数据确立了自由表面层熔体径向流动速度与熔体纵横比(D/H)值的线性对应关系。根据这个关系可以成功地解释和处理硅单晶生长过程中的许多相关问题。     

切克劳斯基硅熔体中液流图式研究

单晶硅目前是电子工业中最重要的材料。尽管已经知道用直拉法(SZ法)生长的硅单晶的某些特性——例如旋涡缺陷——与熔体流动情况有密切关系,因而迫切要求了解它的熔体流动图,但由于硅熔体是强腐蚀剂,关于它的流体行为的物理测量很困难,精确地获得硅熔体流动图目前尚不可能。近年来,国外一些学者引用流体动力学对 CZ 法硅熔体做了很多理论估计。在这个     

国外硅材料的最新发展

本文综述了近二、三年来国外硅材料的发展,指出了硅多晶材料在世界将会出现供给不足的局面。硅单晶(CZ法)的炉产量仍在扩大,而材料质量在纯度方面已能满足器件要求,只是单晶微缺陷和其它性能仍在进行研究。NTD硅单晶已经成为质量很好的商品。文内还对CZ法的ACRT和MCZ工艺以及太阳电池级硅材料作了介绍。     

VGF法生长4英寸GaAs单晶固液界面形状和热应力的数值模拟研究

采用专业晶体生长数值模拟软件CrysMas,模拟了垂直梯度凝固法(VGF)生长4英寸GaAs单晶过程中的固液界面形状,发现晶体在生长过程中固液界面形状经历了由凹到凸的变化.数值模拟结果表明熔体中和晶体中的轴向温度梯度之比小于0.4时,固液界面为凸向熔体,与理论推导结果一致.模拟了晶体生长过程中固液界面附近的晶体中的热应力值,发现固液界面为平界面时晶体中的热应力具有最小值.推导计算了VGF GaAs单晶生长过程中固液界面凹(凸)度的临界值,当固液界面凹(凸)度小于该值时,晶体中的热应力低于临界剪切应力.     

磁场中直拉硅单晶的生长

本文根据半导体硅材料工艺的发展动向,系统地评述了磁场中CZ硅单晶生长的原理、设备、工艺和应用等。指出这一新工艺能有效地抑制熔融硅的热对流和温度波动。用本方法生长的晶体、含氧量低,均匀性好,晶体缺陷和生长条纹少,片子翘曲和畸变小。因此,它是一种很有前途的方法。     

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硅单晶作为现代信息社会的关键性支撑材料，是目前最重要的单晶材料之一，也是发展计算机与集成电路的主要功能材料。我国以单晶炉为代表的晶体生长设备一直存在核心技术不足问题，国外公司垄断高端产品。日前，由西安理工大学和北京有色金属研究总院承担的国家“863”计划项目“TDR-150型单晶炉（12英寸MCZ综合系统）”通过了验收，标志着拥有自主知识产权和核心技术的大尺寸集成电路与太阳能用硅单晶生长设备在我国研制成功。     

直拉硅单晶制备中来自于石英坩埚的受主杂质污染定量分析

半导体硅单晶制备中一般要求掺入一定量的杂质以控制其电阻率。但是,由于坩埚受熔体侵蚀引入杂质污染,影响硅棒的实际电阻率,降低产品合格率。特别对于连续拉晶过程中,长时间的熔体侵蚀造成硅棒尾部杂质含量急剧升高。讨论了由于石英坩埚中受主杂质污染对硅单晶棒电学性能的影响,并对杂质渗入量进行了定量分析。结果表明,随着晶体生长时间的延长,石英坩埚的Ba涂层被破坏,杂质的渗入速率快速增加。试验中杂质总渗入量超过700μg。