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《北京有色金属研究总院》 2012年
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大直径硅单晶生长过程中固/液界面形状的数值分析

滕冉  
【摘要】:随着集成电路(IC)产业的迅猛发展,器件制造商对IC级硅单晶材料提出了更加严格的要求,具体表现在硅材料的高纯度、高均匀性、高完整性和大直径四个方面的要求。一般来说,晶体直径增加时会使结晶过程中晶体内部的热量难以及时传递出去,进而增大晶体径向温度梯度,导致晶体与熔体交界面的形变量增加,最终造成晶体质量低下,甚至拉晶失败。因此,在晶体生长过程中针对固/液界面的控制显得尤为重要。考虑到固/液界面的宏观形状与晶体中溶质的偏析、缺陷的形成、应力的分布等密切相关。基于此,本论文开展了在晶体生长过程中固/液界面形状控制的相关研究,着重研究了晶体生长过程中熔体的对流情况,以期提高大直径硅单晶的质量。 由于单晶炉内的高温环境导致对固/液界面的直接观察极为困难,且实验拉晶也将耗费较高的成本,因此我们采用数值模拟的实验方法,研究炉体结构与晶转、埚转、拉速、磁场等工艺参数对固/液界面形状以及对熔体流动的影响。 论文的第三章,我们优化了热屏的结构、位置以及材料,并设计了一种新型环绕式加热器。研究表明:优化后的热屏能够显著增加晶体的轴向温度梯度,并保持熔体中轴向温度梯度基本不变,使得结晶速率提高的同时保持固/液界面的平坦。一来可降低晶体内的热应力,减少晶体中发生宏观位错的可能性;二来促使熔体自由表面的温度升高,有效避免熔体内发生过冷。此外应用环绕式加热器时,能够减少功率的消耗,进一步降低拉晶成本。 论文的第四章,我们研究了各个驱动力独立作用于熔体时,固/液界面的形状变化和熔体的流动情况。结果表明:仅浮力或表面张力作用于熔体时,整个熔体内产生一个逆时针方向的涡流;仅晶转或氩气剪切力作用于熔体时,整个熔体内产生一个顺时针方向的涡流;仅坩埚旋转时,熔体中产生多个流动方向不同的涡流。因此,加快晶转会增加界面的形变量,且界面下方局部区域内熔体流速和湍流程度增加;而埚转的增加会使界面更加平坦,但会增加功率的消耗。此外,还研究了施加磁场后固/液界面的形状变化及熔体的流动情况。模拟过程中我们主要考虑了磁感应强度、线圈间距离、线圈半径、零高斯面与熔体自由液面的相对位置的影响。研究结果表明:施加轴向磁场时,随磁感应强度的增加,固/液界面愈趋于平缓,但熔体中的氧含量也明显增加,这会降低半导体材料的少子寿命并造成p-n结的漏损电流。施加CUSP磁场时,随磁感应度增加,固/液界面也愈趋平缓,尤其当B=0.5T时,界面近乎于直线且熔体中的氧含量明显减少。最后本论文研究了晶体处在不同生长阶段时界面形变量与熔体流动情况。研究结果表明:随着晶体长度的增加,固/液界面的形变量不断增加,晶体内部的热应力显著增大。但通过精确调节晶体转速与坩埚转速的比值和提拉速率,实现了晶体生长的各个阶段都保持最小的界面形变量。可见晶体旋转与坩埚旋转的比值与界面的形变大小密切相关,同时降低提拉速率也可显著减小界面的形变量。此外,我们还探索了相同热场和控制参数条件下,生长不同尺寸的硅单晶时的固/液界面形状及熔体流动情况。结果表明:随着晶体直径的增加,界面的形变量和晶体内的热应力也随之增大。
【学位授予单位】:北京有色金属研究总院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN304.12

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 张果虎,吴志强,方锋,秦福,常青,周旗钢,屠海令;300mm硅单晶的生长技术[J];半导体学报;2001年03期
2 徐岳生;直拉硅单晶生长的现状与发展[J];河北工业大学学报;2004年02期
3 宇慧平;隋允康;王敬;安国平;;数值模拟自然对流对直拉单晶硅的影响(英文)[J];人工晶体学报;2006年04期
4 高宇;周旗钢;戴小林;肖清华;;热屏和后继加热器对生长φ300mm硅单晶热场影响的数值分析[J];人工晶体学报;2007年04期
5 王学锋;高宇;戴小林;吴志强;张国虎;周旗钢;;液面位置对Φ300mm硅单晶固液界面形状影响的数值计算[J];人工晶体学报;2008年06期
6 屠海令;;半导体硅及硅基材料研究中的几个问题[J];上海金属;2008年05期
7 滕冉;戴小林;徐文婷;肖清华;周旗钢;;热屏优化对大直径单晶硅生长影响的数值模拟[J];人工晶体学报;2012年01期
8 ;Simulation aided hot zone design for faster growth of CZ silicon mono crystals[J];Rare Metals;2011年02期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 屠海令;;用于未来新型计算机的硅及硅基材料研究进展[A];有色金属工业科技创新——中国有色金属学会第七届学术年会论文集[C];2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 常麟;300mm直拉硅单晶生长过程中微缺陷的数值分析[D];北京有色金属研究总院;2011年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 崔晓龙,万妮丽;大型锻件热处理过程的数值模拟研究[J];鞍钢技术;2004年06期
2 宫晨利,周天健;用广义键合模型分析液固界面的平衡结构[J];安徽工学院学报;1995年03期
3 安志环;陈天虎;彭书传;;胭脂红阴离子插层Mg/Al-LDH晶体结构的研究[J];安徽化工;2011年01期
4 王兰;陈佩寒;李敏霞;;日光温室微气候模拟研究[J];安徽农业科学;2010年24期
5 吴建荣;杨佳荣;昌金铭;;太阳电池硅锭生产技术[J];中国建设动态(阳光能源);2007年01期
6 董苏;蔡云凯;;半导体材料测试技术的现状[J];阳光能源;2009年03期
7 葛朝晖;余永刚;曹连忠;梁西瑶;袁威;;用内膛表面温度评估缓蚀添加剂的作用效果[J];兵器材料科学与工程;2009年06期
8 王跃,李全保,韩庆林,宋炳文,介万奇,周尧和;固态再结晶法生长碲镉汞晶体的相变过程[J];半导体光电;2000年01期
9 王跃,宋炳文,刘朝旺,王静宇,杨玉林,介万奇,周尧和;MOCVD外延碲镉汞薄膜的生长工艺选择[J];半导体光电;2000年04期
10 李国强,华慧,介万奇;CdZnTe晶片的红外透过率研究[J];半导体光电;2003年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张震;杨卫民;阎华;丁玉梅;;内置转子套管换热器的实验及数值模拟研究[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
2 姚春妮;郝斌;贾春霞;;太阳能热水系统贮热水箱温度分层实验结果及分析[A];中国建筑学会建筑热能动力分会第十六届学术交流大会论文集[C];2009年
3 姜帆;欧阳新萍;李海珍;张同荣;;Turbo-B类池沸腾双侧强化管传热性能实验研究[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
4 林格玮;杨伟;陈焕倬;;满液式蒸发器用强化蒸发管的换热实验研究[A];第十届海峡两岸冷冻空调技术研讨会论文集[C];2011年
5 刘佩佩;申焱华;;盘式制动器热-结构耦合分析[A];第五届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2009年
6 焦雯;黄海明;;导热系数对热传导的影响[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年
7 陈薇;阎昌琪;谷海峰;;非能动余热排出回路启动特性分析[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第3册)[C];2009年
8 苏文佳;左然;Vladimir Kalaev;;单晶炉导流筒、热屏及炭毡对单晶硅生长影响的优化模拟[A];第15届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2009年
9 朱庆霞;周建;黄振华;应秀娟;;稳态平板法测导热系数的补充实验研究[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2010年学术年会论文集(二)[C];2010年
10 李宜筠;赵晓东;刘继鹏;;某雷达固态发射机热分析及仿真[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年
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1 高传慧;碱式硫酸镁晶须的合成及表面改性研究[D];中国海洋大学;2010年
2 李蛟;PEDOT:PSS薄膜的掺杂改性及其在有机太阳能电池中的应用研究[D];中国海洋大学;2010年
3 梁钦锋;扩散火焰形态及气化炉内熔渣沉积与传热规律研究[D];华东理工大学;2010年
4 汪洋;微尺度环境下预混火焰稳燃方法的研究[D];浙江大学;2010年
5 起华荣;A356合金熔体调控对流动性的影响机理研究[D];昆明理工大学;2009年
6 于站良;超冶金级硅的制备研究[D];昆明理工大学;2010年
7 梅向阳;真空定向凝固法去除硅中金属杂质和晶体生长控制的研究[D];昆明理工大学;2010年
8 邓明进;高性能反应烧结碳化硅陶瓷材料制备及其性能研究[D];武汉理工大学;2010年
9 傅松;缸盖冷却水套内沸腾传热特性的研究[D];山东大学;2010年
10 黄林勇;锌基氧(硫)化锌微纳米结构的合成、表征、光电性质及生长机理研究[D];山东大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李新义;红壤土壤腐蚀直接、连续监测技术的研究[D];南昌航空大学;2010年
2 李华;热电厂能量利用与节能技术改造研究[D];山东科技大学;2010年
3 赵晓宏;Cr~(4+):YAG晶体的生长与缺陷分析[D];长春理工大学;2010年
4 张亚萍;锗单晶片的表面化学腐蚀研究[D];浙江理工大学;2010年
5 张秀芳;硅、锗切割片的损伤层研究[D];浙江理工大学;2010年
6 孙法;铜和银在锗单晶中的电学行为研究[D];浙江理工大学;2010年
7 丁铜伟;强内热源多孔介质条通道流动换热实验技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 许亮;化学回热器结构设计及性能分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 曹和平;增压锅炉过热器动态性能仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 吕安新;薄膜热物性的测试系统研究[D];大连理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 任丙彦,郝秋艳,刘彩池,王海云,张颖怀;大直径CZSi单晶中微缺陷与间隙氧之间的关系[J];半导体技术;2002年03期
2 蒋荣华,肖顺珍;我国半导体硅材料的发展现状[J];半导体情报;2001年06期
3 屠海令,朱悟新,王敬,周旗钢,张椿,孙燕;表面光电压测量P型硅抛光片少子扩散长度及铁杂质含量的研究[J];半导体学报;1999年03期
4 刘彩池,乔治,周旗钢,王敬,郝秋艳,张建峰,李养贤,任丙彦;直拉硅单晶中的流动图形缺陷[J];半导体学报;2004年01期
5 任丙彦,赵龙,傅洪波,曹中谦,张学强;复合式热屏对Φ200mmCZSi单晶生长速率和氧含量的影响[J];半导体学报;2005年09期
6 王英伟,刘景和,程灏波,李建利;勾形磁场中直拉硅单晶浓度场的数值模拟研究[J];硅酸盐学报;2005年02期
7 阙端麟,李立本,陈修治,林玉瓶,张锦心,周晓,杨建松;减压氮保护直拉硅单晶生长[J];中国科学(A辑 数学 物理学 天文学 技术科学);1991年02期
8 徐岳生,刘彩池,王海云,张维连,杨庆新,李养贤,任丙彦,刘福贵;磁场直拉硅单晶生长[J];中国科学E辑:工程科学 材料科学;2004年05期
9 宇慧平,隋允康,张峰翊,王学锋;勾形磁场下提拉法生产单晶硅的数值模拟[J];人工晶体学报;2004年02期
10 梁胜利,郭秉山;用VC++实现有限元数据文件输入的可视化[J];西安科技学院学报;2002年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨德仁,阙端麟;高温退火硅单晶中氧和氮杂质性质[J];半导体学报;1996年01期
2 ;我国研制成功控制直柱硅单晶生长的环形永磁体[J];世界电子元器件;2000年08期
3 张继荣,殷海丰,佟丽英,刘锋,赵光军;n型高阻硅单晶电阻率均匀性的控制[J];半导体技术;2004年09期
4 苏怀祥;高真空拉制硅单晶[J];半导体技术;1982年01期
5 杨启基 ,陈立登;硅(锂)探测器级硅单晶的研制[J];浙江大学学报(工学版);1987年03期
6 王旗,陈振,浦树德,杨晴初;国外硅单晶质量研究进展[J];半导体光电;1996年03期
7 李东升,杨德仁,阙端麟;杂质对单晶硅材料硬度的作用[J];半导体学报;2004年07期
8 杨传铮;许顺生;;无位错硅单晶生长中几种现象的X射线貌相术观察[J];上海有色金属;1981年04期
9 宋大有;曹国琛;;磁场中直拉单晶工艺技术进展[J];上海有色金属;1986年02期
10 高愈尊,高桥平七郎,佐藤羲一,竹山太郎;氧和氢对硅单晶电子辐照缺陷的影响[J];稀有金属;1989年01期
中国重要会议论文全文数据库 前9条
1 谢江帆;;无衰减硅单晶的研制[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第二卷)[C];2010年
2 王伟;黄振飞;汪钉崇;;石英坩埚中碱金属含量对硅单晶拉制的影响[A];第十届中国太阳能光伏会议论文集:迎接光伏发电新时代[C];2008年
3 李留臣;;我国太阳能电池硅单晶生长设备的回顾与展望[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年
4 蒋娜;;真空区熔技术制备探测器级硅单晶工艺研究[A];有色金属工业科学发展——中国有色金属学会第八届学术年会论文集[C];2010年
5 ;无电解沉积用于太阳能电池(英文)[A];2011年全国电子电镀及表面处理学术交流会论文集[C];2011年
6 沈家骢;;信息材料的机遇(摘要)——有机光电信息材料的研究进展与产业化过程[A];中国科协2001年学术年会分会场特邀报告汇编[C];2001年
7 卢殿通;;离子注入SOI材料的制备、性能及应用[A];Hyperfine Interaction and Nuclear Solid State Physics--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];2001年
8 王晓辉;李军建;李建祥;杨威;;干冰微粒喷射清洗技术的研究进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
9 王莹莹;;硅片去边工艺的研究[A];第二十五届中国(天津)2011’IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;万向硅峰:硅单晶制备技术升级[N];中国电子报;2011年
2 ;硅单晶[N];中国电子报;2002年
3 记者刘其丕;硅单晶材料产业化项目一期工程即将试产[N];中国有色金属报;2009年
4 记者 曹阳 通讯员 段同刚 高琴伟;晶龙二极管硅单晶稳占全国市场1/4[N];中国化工报;2009年
5 李积和;大直径硅单晶材料的技术进展[N];科技日报;2003年
6 记者 肖国强;浙大研制成功12英寸掺氮硅单晶[N];浙江日报;2003年
7 任爱青;攀登“硅峰”[N];中国电子报;2004年
8 本报记者 刘霞;从硅单晶到非晶硅[N];科技日报;2009年
9 白睿麟;天津拉出六英寸无位错区熔硅单晶[N];中国电子报;2002年
10 北京京运通科技股份有限公司总裁 黎志欣;太阳能硅单晶设备已占国内市场六成[N];中国电子报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 李东升;集成电路用直拉单晶硅力学性能[D];浙江大学;2002年
2 郝秋艳;深亚微米级集成电路用大直径CZSi单晶中微缺陷的研究[D];天津大学;2006年
3 陈贵锋;高能粒子辐照单晶硅辐照效应的研究[D];河北工业大学;2009年
4 陈加和;大规模集成电路用同族元素掺杂直拉硅单晶的微缺陷及其缺陷工程[D];浙江大学;2008年
5 王维燕;直拉单晶硅中铜沉淀及其复合活性[D];浙江大学;2009年
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1 路景刚;微氮硅单晶在功率器件中的应用研究[D];浙江大学;2001年
2 钟玲;快速热处理对直拉硅片氧沉淀行为作用[D];浙江大学;2006年
3 陈海龙;氮离子注入硅中氮及氮相关复合体的研究[D];浙江大学;2006年
4 李珣;飞秒激光材料表面微加工[D];天津大学;2008年
5 赵一英;氮和锗对直拉硅单晶机械性能的影响[D];浙江大学;2004年
6 滕冉;大直径硅单晶生长过程中固/液界面形状的数值分析[D];北京有色金属研究总院;2012年
7 张诚;基于模型预测控制的硅单晶体提拉效果仿真研究[D];东华大学;2014年
8 李春龙;直拉重掺硼硅单晶中氧沉淀的研究[D];浙江大学;2003年
9 羊建坤;太阳能硅单晶快速生长中结晶潜热的研究[D];河北工业大学;2007年
10 涂瑾;基于图像处理的直拉单晶直径测量系统的研究[D];浙江大学;2007年
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