1.引言：
現今，300mm硅片廣泛的應用于集成電路的制造。隨著集成電路特征尺寸由微米級下降到亞微米級甚至納米級的水平，這對處于微電子基礎地位的半導體材料提出了更高的要求。為了得到質量符合要求的硅單晶，需要優化拉制300mm硅單晶所用的28英寸熱場。只通過實際的晶體生長實驗來優化熱場需要極高的經濟和時間成本，延長了技術開發的周期。出于以上兩個方面的考慮，引進計算機數值模擬技術對熱場的優化是十分有用和必要的。目前應用最廣泛的是2D軸對稱模型，研究者通過實驗和數值模擬不斷改進熔體對流、晶體熱傳導等物理模型。對于優化單晶爐的熱場結構，國內外學者做了大量數值模擬方面的研究，北京有色金屬研究總院的高宇分析了熱屏和后繼加熱器對直拉單晶硅生長過程中固液界面的影響，江蘇大學的蘇文佳分析了單晶爐導流筒、熱屏及碳氈對單晶硅生長影響的優化模擬，Smirnova等通過設計新式的爐體結構來提高生長速率。
本文主要針對Kayex150型單晶爐，利用數值模擬的方法，研究熱屏底端位置對于熱場的影響。
2. 模型的建立：
2.1. 數學模型
模擬采用FEMAG-CZ中的Mix-length Turbulence模型，熔體流動及熱傳輸的控制方程和邊界條件如下：
2.2材料及過程參數：
模擬過程中以KAYEX系列型單晶爐為原型，采用28英寸熱場，爐體內充氬氣作為保護氣體。數值模擬過程的物性參數如表1所示。晶體生長過程中的相關參數如下：晶體直徑300mm、晶體總長度850mm、總投料量160kg、晶體轉速10rpm、坩堝轉速12rpm、氬氣流量0.002m3/s、爐內壓力22torr。
表1 模擬過程所用材料物性參數
3.模擬結果和分析：
數值模擬中，cusp磁場強度0.1T(熔體與坩堝壁交點處磁場強度徑向分量)。在相同的晶體提拉速度、晶轉、堝轉、磁場強度等條件下，分別改變熱屏底端距熔體自由界面距離Y和熱屏底端距晶體的距離X，進行硅單晶生長。
從圖1可見，在V/G曲線中，曲線的斜率不斷降低，但降低幅度不斷減小。V/G曲線中處于和高于臨界值區域的范圍不斷增加。這說明隨著軸向距離的增加，最終殘留的自間隙原子的濃度不斷減小，尤其在優化熱屏位置后(after
聲明：
“反射器位置對生長大尺寸硅單晶熱場影響的數值模擬” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：北京有色金屬研究總院，有研半導體材料股份有限公司
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2025年07月24日 ~ 26日 
