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TDL-150型单晶炉炉体设计及炉内温场和氩气流场的数值模拟

魏唱蕾  
【摘要】: 随着半导体行业的飞速发展,器件厂家对硅片的高集成度要求日趋迫切,解决的办法就是增大硅片直径,所以近年来国内许多单晶炉生产厂家都在研制大尺寸单晶炉。TDL-150型单晶炉就是生产Ф300mm大尺寸单晶棒的直拉单晶炉,本文介绍了TDL-150型单晶炉炉体的优化设计过程,对炉底、主炉室、炉盖各个部件进行了自主设计,并完成了全部技术文件。 有限元方法是20世纪计算工程科学领域里诞生的最有效的计算方法,其在半导体领域也有极其重要的应用。由于拉晶过程中投料量较大,炉体结构复杂、造价昂贵,引入计算机数值模拟进行单晶炉优化设计对于缩短设计周期,降低生产成本具有重要现实意义。本文对单晶炉温场也做了系统的研究:对石墨加热器进行了热电耦合模拟,确定了化硅电流、电压;在炉体能得到充分冷却的条件下优化了冷却水流速,降低了拉晶成本;确定化硅过程坩埚的位置,使化硅过程顺利进行;对长晶不同阶段的温场进行了全局模拟,得到了长晶各个阶段炉内温场分布,对温场的合理性进行了分析,同时利用Dornberger等人提出的Vc/G(Vc为拉晶速率、G为固液界面上晶体中的温度梯度)理论,对热场进行了讨论,预测了OISF-ring所发生的位置;对炉内氩气流动过程进行了数值模拟,实现了采用新型热屏的炉内氩气流形可视化,并且讨论了氩气流形对单晶硅中碳氧量的影响。


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