300mm硅外延片表面颗粒缺陷的研究毕业论文.docx

Particle Defects on Epitaxial Surface with 300 mm Si Substrates300 mm 硅外延片表面颗粒缺陷的研究刘大力* ，冯泉林，周旗钢，何自强，常麟，闫志瑞( 北京有色金属研究总院有研半导体材料股份有限公司，北京100088)摘要： 本文研究了不同拉晶速率对300 mm 硅外延片表面缺陷的影响，SP1( 表面激光颗粒扫描仪) 测试结果表明： 较低的拉晶速率下，外延片表面出现环状颗粒缺陷分布带；较高的拉晶速率下，外延片表面的环形缺陷带消失。利用FEMAG/CZ 软件模拟了不同速率下晶体的生长结果，结合其ci-cv分布图，分析出这种环状分布的颗粒缺陷是由于晶体中间隙原子富集区产生的微缺陷，在外延过程中(1050) 聚集长大，从而在界面处造成晶格畸变引起的。随着衬底拉速的降低，间隙原子富集区的面积增大，硅片外延后越容易出现环状分布的颗粒缺陷。因此在单晶硅拉制过程中，为了避免这种环状缺陷的产生，应适当提高晶体的拉速。关键词： 颗粒缺陷； 外延； SP1； 拉速Numerical Simulation of 300mm CZ Si crystal microdefects300mm直拉单晶硅生长过程中微缺陷的数值分析常麟（北京有色金属研究总院，北京100088）摘要：超大规模集成电路的高速发展对单晶硅材料提出了愈来愈严格的要求，“大直径，无缺陷”成为目前单晶硅材料发展的趋势。大直径硅片极大的降低了IC制造的生产成本，但在大直径直拉单晶硅过程中形成的微缺陷会影响金属-氧化物-半导体(MOS)器件的栅极氧化层完整性(GOI)，从而影响半导体器件的电学性能。单晶硅中的微缺陷影响集成电路的成品率。随着集成电路中特征线宽的不断缩小，控制和消除直拉单晶硅中的微缺陷是目前硅材料开发面临的最关键问题。本文采用有限元法软件FEMAG/CZ对300mm直拉法单晶硅生长过程中的微缺陷浓度和分布进行了模拟，分析了CUSP磁场，晶体生长速度和热屏位置对单晶硅中微缺陷的影响，并通过热场改进来降低其对单晶硅质量的影响。模拟考虑了磁场强度、热传导、热辐射和气体/熔体对流等物理现象，采用有限元算法，以热动力学第一定律即热能守恒定律，和动量守恒定律作为控制方程，计算了晶体生长速度，热屏位置， CUSP磁场不同通电线圈距离和不同通电线圈半径条件下单晶硅体内微缺陷浓度和分布情况。300mm直拉单晶硅生长过程中，晶体中的氧含量随CUSP磁场通电线圈距离和半径的变化呈现一定规律。熔体中的热对流对单晶硅体中的氧含量有重要影响。保持CUSP磁场对称面与熔体增塌界面交点处的径向分量不变，调节CUSP磁场通电线圈的距离和半径，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。应用CUSP磁场，随着其通电线圈距离和半径的增大，为保持硅熔体中一定的磁场强度分布，施加的电流也逐渐增大，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，能耗较大，增加生产成本，不宜采用。CUSP磁场通电线圈的距离对于单晶硅中的氧浓度有着显著影响。保持通电电流强度不变，随着通电线圈距离的增大，单晶硅中的氧浓度先降低后升高，同时氧浓度的均匀性也表现出了相同的变化规律。单晶硅中微缺陷的分布，在晶体中心区域易出现空位型缺陷，在靠近晶体边缘处易出现间隙型缺陷。在晶体的冷却过程中，晶体的中心会出现与空位相关的缺陷聚集，如COPs等。随着晶体生长速度的不断增大，单晶硅中以空位为主的微缺陷区域逐渐增大，以间隙原子为主的微缺陷区域逐渐减小，同时，间隙型微缺陷的浓度呈现不断减小的趋势，空位型微缺陷的浓度呈现不断增大趋势。随着晶体生长速度的不断增大，单晶硅体中CI-CV=0的区域先增大，后减小。(CI为单晶体中间隙型微缺陷的浓度， CV为单晶体中空位型缺陷的浓度)。这与不同拉晶速度时，晶体生长速度Vpul和固液界面处瞬时轴向温度梯度G的比值关系密切。随着晶体拉速的增大，V/G值在临界范围内沿固液界面径向分布的距离呈现一个极大值后减小，所以晶体拉速的逐渐增大，晶体中CI-CV=0的区域增大后随之减小。随着晶体生长速度的增大，晶体熔体固液界面形状发生明显变化，固液界面弯曲幅度不断增大，界面更加凸向晶体，晶体生长过程中容易受热场中温度波动和熔体对流的影响，不利于晶体拉制的成功率。适当的增加热屏底端距硅熔体自由表面的距离，石墨加热器从热屏底端辐射到硅熔体自由表面的热量增多，晶体熔体固液界面处的轴向温度梯度和径向温度梯度减小，固液界面形状变得平缓。同时由于晶体生一长速度Vpul和固液界面处瞬时轴向温度梯度G的比值的转变，适当的增加热屏底端距硅熔体自由表面的距离，改善了晶体中微缺陷的分布，晶体中空位型缺陷的区域增大，间隙型缺陷的区域减小。热屏底端距硅熔体自由表面距离的增加，石墨加热器维持晶体正常生长的加热功率减小，降低了石英坩埚壁的温度，坩埚与熔硅的反应速度降低，产生的SiO数量减少，从而降低了单晶硅体中的氧含量。关键词：单晶硅的微缺陷，数值分析，CUSP磁场，晶体生长速度，热屏位置Czochralski's Creative Mistake: A Milestone on the Way to the Gigabit Era切克劳斯基极富创意的失误：通往千兆纪元路上的里程碑JÜrgen Evers，* Peter KlÜfers， Rudolf Staudigl，* and Peter Stallhofer摘要：工业领域、科学领域和社会领域中许多剧变，要归因于于微电子工业的日新月异的发展。这一发展已影响到人们的日常生活，你只需看看各种手机和信用卡上的芯片就能意识到这点。微电子工业的原料，是高纯度的、具有几乎完美晶体结构的单晶硅。目前世界上95%的单晶硅的生产工艺沿用了1916年切克劳斯基创建的工艺。现在的单晶硅可以生长到2m长，直径可达300mm，重达265kg。磁场的应用给晶体生长技术带来了显著的进步。进一步的研究表明，除了保证晶体直径不断增长的技术之外，缺陷预测，以及对于晶体缺陷中众多基于温度的反应的控制，极富重要性。关键词：晶体生长，切克劳斯基，缺陷预测，微电子，晶体硅Crystal shape 2D modeling for transient CZ silicon crystal growth瞬态CZ法硅晶体生长晶形的二维模拟A.Sabanskis a， K.Bergfelds a， A.Muiznieks a， Th.Schröck b， A.Krauze aa Faculty of Physics and Mathematics， University of Latvia， Zeu Street8，LV-1002，Riga，Latviab Siltronic AG，Hanns-Seidel-Platz4，D-81737München，Germany摘要：本文给出某CZ法单晶硅生长的非稳态轴对称模型。模型描述了晶体-熔体、熔体-气体、晶体-气体界面的瞬态行为，同时描述了通过改变晶体拉伸速度和加热器功率实现晶体直径的PID控制。为模拟晶形的明显变化，模型采用非结构化有限单元网格剖分晶体部分和熔体部分，并采用自动单元尺寸控制技术。加热器的温度变化通过一个简化的集成模型模拟。同时给出一个生长锥生长的数值模拟案例。关键词：计算机模拟，相界，热传导，CZ法，熔体生长Numerical Simulation of CUSP Magnetic Field on Oxygen Concentration Distribution in CZ-Si Crystal GrowthCUSP 磁场对直拉单晶硅氧浓度分布影响的数值模拟常麟* ，周旗钢，戴小林，鲁进军，卢立延( 北京有色金属研究总院有研半导体材料股份有限公司，北京100088)摘要： 利用有限元分析软件FEMAG/CZ对300 mm 直拉单晶硅生长过程进行模拟，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，单晶硅中氧浓度分别随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。关键词： 直拉单晶硅；CUSP 磁场；氧浓度；有限元分析；数值模拟Numerical Simulation of Oxygen Concentration of CZ-Si in Cusp Magnetic FieldCUSP磁场中直拉单晶硅氧浓度分布的数值模拟王永涛1，2，库黎明1，徐文婷1，2，戴小林1，肖清华1，闫志瑞1，周旗钢1，2（1.有研半导体材料股份有限公司，北京100088； 2.北京有色金属研究总院，北京100088）摘要：利用FEMAG/CZ软件，模拟研究了CUSP磁场对称面（定义为0高斯面）与熔体自由表面距离对直拉硅固液界面氧浓度分布的影响。结果表明：随着0高斯面的下移，熔体中的最小氧浓度降低，而固液界面的氧浓度升高，且径向均匀性变差。分析表明，这与熔体自由表面处的Marangoni流有关，抑制该流动有利于熔体中氧的蒸发，从而在自由表面下获得更低氧浓度的熔体，但会阻碍自由表面下方低氧熔体往固液界面的输运。因此，推断当0高斯面位于熔体自由表面下某一位置时，固液界面氧浓度将达到最低。模拟中，该位置位于Hm=0-0.01m之间。关键词：CUSP磁场；直拉单晶硅；氧浓度；数值模拟Defect engineering of Czochralski single-crystal silicon直拉法单晶硅的缺陷预测T. Sinnoa*，E. Dornbergerb，W. von Ammonb，R.A. Brownc，F. DupretdaDepartment of Chemical Engineering，University of Pennsylvania， Philadelphia，PA 19104-6393，USAbWacker-Siltronic AG，D-84479 Burghausen，GermanycDepartment of Chemical Engineering，Massachusetts Institute of Technology， Cambridge，MA 02139，USAdCESAME，Universite Catholique de Louvain，4 av.G. Lemaitre，B-1348 Louvain-la-Neuve，Belgium摘要：现代微电子设备生产要求单晶硅基片要有空前的均匀性和纯度。随着电子设备的特征长度进入纳米级别，传统的生产过程设计和优化技术，已经难以跟上晶体生长和晶片处理过程不断演化的步伐。这要求我们对某些物理机制要有更深入的理解，比如晶体硅微结构的演变机制以及相应的电子特性。本文基于晶体生长过程中硅既有点缺陷的动态变化进行建模分析，旨在开发综合性的、鲁棒性能好的工具，用以预测微缺陷的分布与操作工况之间的函数关系。这些工具并非完全独立于试验所得特性，而是充分利用了几十年以来工业经验沉积而成的硅晶信息库。本文主要关注直拉法单晶硅中观测到的两种具体的微缺陷结构：氧化诱生层错环（OSF环）和八面体空穴，后者是限制当下商业直拉单晶硅质量的重要因素，也是亟待解决的问题。关键词：直拉单晶硅，点缺陷，微缺陷，OSF环，空穴，缺陷预测Developing Quantitative, Multiscale Models for Microgravity Crystal Growth微重力环境晶体生长的定量化多尺度模型开发JEFFREY J. DERBY，a YONG-Il KWON，a ARUN PANDY，a PAUL SONDA，a ANDREW YECKEL，a THOMAS JUNG，b AND GEORG MULLER ba Department of Chemical Engineering & Materials Science and MinnesotaSupercomputer Institute， University of Minnesota， Minneapolis， Minnesota55455-0132， USAb Department of Materials Science (WW6)， University of Erlangen-Nurnberg，91058 Erlangen， Germany摘要：微重力环境下的晶体生长，对于我们深入理解熔融晶体的生长行为有重要意义。本文中，我们将回顾微重力环境晶体生长的简要发展史，并通过对不断改进的贴切模型的探讨，阐释并优化这些生长试验。日益严格的模型唯实性和模型预测能力，要求我们探寻对于多个完全不同长度尺寸上的重要现象的描述方法。其中尤为重要的是能够描述三维瞬态连续场传输（流场、热场、传质场），相变现象（热力学和动力学），以及系统设计（比如熔体生长过程中熔炉的热传导）。为描述这些多尺度效应，文中综述了相应的数学模型和数值算法。关键词：晶体生长，数学模型，数值模型，对流，热传导，传质，熔析，微重力，三维模型，瞬态分析，有限元方法，多尺度模型，熔炉热传导Dynamic prediction of point defects in Czochralski silicon growth.An attempt to reconcile experimental defect diffusion coefficientswith the V/G criterion直拉法晶体生长中点缺陷的动态预测一次调和试验缺陷扩散系数和V/G准则的尝试N. Van Goethema， A. de Potterb， N. Van den Bogaerta，b， F. Dupreta，b，a CESAME， Universite´ catholique de Louvain， Louvain-la-Neuve， Belgiumb FEMAG Soft S.A. Company， Louvain-la-Neuve， Belgium摘要：本文通过FEMAG软件，进行完全的瞬态、整体性模拟分析，以预测生长中的单晶硅晶体中点缺陷的分部情况。另外，文中调整了缺陷控制模型，以做到在符合V/G准则的同时，更好的贴合自间隙和空位扩散系数的既有测量数据。结果表明，引入热流动效应的影响可以建立更恰当的模型同时满足这两个条件。Effect of the crystalmelt interface on the grown-in defects in silicon CZ growth硅晶直拉法生长过程中晶体-熔体界面对原生缺陷的影响Bok-Cheol Sim， Yo-Han Jung， Jai-Eun Lee， Hong-Woo LeeCrystal Growth Technology Team， LG Siltron， 283 Imsoo-dong， Gumi， Gyeong-buk 730-724， Republic of Korea摘要：通过磁场直拉法，在各种不同的生长条件下生成直径206mm的单晶硅。晶体-熔体界面的形状对晶体内部缺陷行为的影响通过试验加以研究。为得到各种形状的交界面，试验通过将坩埚放置在某固定加热器和另外多个加热器的不同相对位置上，获得各种不同的热工况以改变熔融对流。随着自然对流的增强，以及对无缺陷晶体的提拉临界速度的增长，晶体-熔体界面变的更加凹陷（相对晶体更加凸起）。随后通过数值分析方法分析了试验数据。关键词：A1.对流，A2：缺陷，A1.界面形状，A2.CZ法，B2.半导体硅Effective simulation of the effect of a transverse magnetic field(TMF) in Czochralski Silicon growth直拉法硅晶生长过程中横向磁场作用的有效模拟Yoan Collet a， OlivierMagotte a， NathalieVandenBogaert a， RomanRolinsky a， FabriceLoix a， Matthias Jacot a， VincentRegnier a， Jean-MarieMarchal a，b， Franc-ois Dupret a，c，n a FEMAGSoft SACompany，Mt-St-Guibert，Belgium b CAE Consulting，Louvain-la-Neuve，Belgium c CESAME Res.Center，Universite´ catholique deLouvain，EulerBuilding，4av.G.Lematre， B-1348Louvain-la-Neuve，Belgium摘要：本文通过一种原创的数值技术，极有效的模拟了某大体积硅晶体在横向磁场作用下，在直拉法晶体生长过程中的整体热传导和3D熔融流情况。解决了包括某工业级别熔炉的模拟在内的多个问题，同时与既有文献资料做了成功比对。位于晶体和坩埚壁之间的哈特曼层和平行层经由文中所示方法得以捕获，并被证明在求解迭代搜寻过程中起重要作用，并强烈影响着氧气向晶体内部的传输。关键词：A1.计算机模拟，A1.对流，A1.磁场，A2.直拉法，A2.外加磁场直拉法，B2.半导体硅Fixed-point convergence of modular, steady-state heat transfer models coupling multiple scales and phenomena for meltcrystal growth耦合熔晶生长中多尺度、现象的模块化、稳态热传模型的固定点法收敛性分析Andrew Yeckel, Arun Pandy and Jeffrey J. DerbyDepartment of Chemical Engineering and Materials Science and Minnesota Supercomputer Institute,University of Minnesota, Minneapolis, MN 55455-0132, U.S.A.摘要：为耦合两段面向熔晶生长系统中不同尺度和现象的独立的热传代码，文中根据共有区域边界，引入一段高斯-赛德尔迭代程序代码块。总而言之，对于某些问题，因共有边界条件，故可通过模块化设计将既有代码连到一起来解决它们，当面临这种问题时，这种策略因简单易用而极具吸引力。然而，这种方法常常因全局模型的收敛性困难受限制。对于稳态非线性热传导模型，固定点迭代法的数学框架被用来评估代码的收敛行为。解析形式可描述一维问题的收敛性，并可为更复杂的、二维的模型收敛行为提供参考。某些具有物理合理性的方法可能会造就永不收敛的算法，说明仅基于物理直觉的方法对于预测算法的性能并不一定确切的有效。在许多情况下，沿共有模型边界上的流量和温度信息，对于建立有效的迭代策略具有重要意义。关键词：熔晶生长，热传递，辐射，传导，对流，耦合模型Global modelling of heat transfer in crystal growth furnaces晶体生长熔炉中热传导的全局模拟F. DUPRET, P. NICODEME, Y. RYCKMANS, P. WOUTERS andM. J. CROCHETUnite de Mecanique Appliquee, Universite Catholique de Louvain, Place du Levant. 2, B-1348 Louvain-la-Neuve, Belgium摘要：对于熔炉中热场的定量预测，以及对生长过程中熔体-晶体界面位置的预测，要求我们掌握整个熔炉中热传导情况精确的信息。该问题非常复杂，因为它涉及到对于不同表面间热辐射和组成成分中热传导的精确计算。辐射热交换的计算，需要基于散射表面假定、显式隐式算法的使用和Galerkin离散。模型因对于半透明材料的考虑而变得复杂。固液界面的形状作为该问题的一个参量，并作为熔融等温线计算出来。文中使用了锗熔炉和砷化镓熔炉两个例子，用以说明该方法的效率。Global simulation of the CZ silicon crystal growth upto 400mm in diameter直拉法生长400mm直径单晶硅的全局模拟K. Takano*, Y. Shiraishi, J. Matsubara, T. Iida, N. Takase, N. Machida,M. Kuramoto, H. YamagishiCrystal Technology Department, Super Silicon Crystal Research Institute Corporation, Nakanoya 555-1, Annaka, Gunma 379-0125, Japan摘要：该工程主要目的在于考察几种数值模拟技术在400mm单晶硅生长中的应用。热区（HZ）的温度分布通过全局的热传递分析计算得到。晶体内部的热弹性应力通过晶体的温度场计算得出。熔融对流和氩气流动同时根据全局热传递分析计算得出。本文中，我们详述了用于150mm晶体生长的18英寸热区构造的设计和试验结果。该构造还可以扩大至用于300mm晶体生长的36英寸热区或者用于400mm晶体生长的36英寸热区。对于每一个热区构造，都进行了全局的热传递数值模拟分析。这些结果表明，由于对石英坩埚的热损伤，氩气流动模式，以及生长界面的热弹性应力所致的降解，都是热区尺寸的函数热区构造尺寸越大，降解越强烈。为降低热弹性应力，生长界面的形状应控制的尽量的平缓。关键词：A1.计算机模拟；A2.热传导；A2.直拉法；A2.工业结晶；A2.单晶生长；B2.半导体硅Growth of silicon crystal with a diameter of 400mm and weight of 400 kg直径400mm重400kg单晶硅的生长分析Y. Shiraishi*, K. Takano, J. Matsubara, T. Iida, N. Takase, N. Machida, M. Kuramoto, H. YamagishiCrystal Technology Department, Super Silicon Crystal Research Institute Corporation, 555-1 Nakanoya, Annaka, Gunma 379-0125, Japan摘要：自1996年起，我们已开始进行直径400mm硅晶体的生长研究，并将其视为继300mm之后的新一代硅晶片尺寸。第一代无位错晶体问世于1998年，两年以后，得益于一种晶体悬挂系统，重达413kg的史上最重的无位错晶体问世。本文中，我们展示了大尺寸硅晶体的生长试验研究，以及他们的生长环境，以及400mm硅晶体的晶体特性。关键词：A2.直拉法；A2.单晶体生长；B2.半导体材料Influence of boron concentration on the oxidation-induced stacking fault ring in Czochralski silicon crystals直拉法硅单晶生长过程中硼浓度对氧化诱生层错环的影响研究E. Dornberger a, D. Graf a, M. Suhren a, U. Lambert a, P. Wagner a, F. Dupret b,W. von Ammon aa Wacker Siltronic AG, P.O. Box 1140, D-84479 Burghausen, Germanyb CESAME, Universitb Catholique de Louvain, 4 av. G. Lemaitre, B-1348 Louvain-la-Neuve, Belgium摘要：本文通过试验和数值模拟，研究了硼掺杂值位于1×1015 -2 × 1019 cm -3范围内时，该值对于硅晶体中氧化诱生层错环（R-OSF）位置的影响。对于低硼掺杂晶体，R-OSF的位置通过一个临界值Ccrit来描述，该临界值定义为提拉速度和晶体内固液界面的温度梯度之比。当硼浓度高于1017 cm -3时，将会改变R-OSF同晶片中心的相对位置，但是不改变生长参数。此时临界值Ccrit变成一个函数Ccrit（CB），函数同硼浓度CB，原生颗粒缺陷（COP），以及同R-OSF模式保持一致的闸极氧化层完整率分布呈线性关系。环外可观测到低COP密度分布和高GOI率分布；环内缘区域可观测到高COP密度分布和中等的GOI率分布。由此我们猜想硼颗粒改变了空位和自间隙的热力学性能。关键词：硅；晶体生长；氧化诱生层错环；模拟分析Modeling of transient point defect dynamics in Czochralski silicon crystals直拉法硅晶体点缺陷动态行为瞬态模拟E. Dornberger a, W. von Ammon a, J. Virbulis a, B. Hanna a, T. Sinno ba Wacker Siltronic AG, P.O. Box 1140, D-84479 Burghausen, Germanyb Department of Chemical Engineering, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104-6393, USA摘要：本征点缺陷控制着硅晶体中原生缺陷的形成。在稳态情况下，主要的点缺陷类型仅仅由提拉速率和晶体内界面上的温度梯度决定。本文进行了晶体生长的瞬态模拟，并在生长过程中加入了提拉速度的突变。在快速生长、富含空位的晶体中，突然降低提拉速度30分钟后，界面附近出现大量间隙的富集现象。在高提拉速度下进一步生长时，这些间隙富集区转变成为大型椭圆状缺陷。如果在所有晶体表面采用间隙和空位的平衡浓度作为边界条件，试验结果的可重复性可以完美实现。关键词：A1.缺陷；A1.扩散；A1.热传递；A1.点缺陷；A2.直拉法；B2.半导体硅Numerical investigation of silicon melt flow in large diameter CZ-crystal growth under the influence of steady and dynamic magnetic fields大尺寸直拉法晶体生长过程中稳态、动态磁场影响下硅熔融流的数值分析J. Virbulis a , Th. Wetzel b, A. Muiznieks b, B. Hanna a, E. Dornberger a,E. Tomzig a, A. M.uhlbauer b, W.v. Ammon aaWacker Siltronic AG, P.O. Box 1140, Burghausen, D-84479, Germanyb Institute for Electroheat, University of Hannover, Wilhelm-Busch str.4, D-30167, Hannover, Germany摘要：本文研究了大尺寸直拉坩埚中交变、稳定以及组合磁场作用下，硅熔融流的湍流特性。研究基于已被试验证实的二维轴对称数学模型，并分析了交变、稳定以及组合磁场对流态和温度场的影响。文中对全局的热传递和熔融流进行耦合计算，并研究了熔融对流对界面形状的影响，并同试验结果做了对比。关键词：A1.流体流动；A1.热传递；A1.磁场；A2.直拉法；B2.半导体硅Numerical simulation for silicon crystal growth of up to 400 mm diameter in Czochralski furnaces直拉熔炉中生长400mm直径硅晶体的数值分析K. Takano *, Y. Shiraishi, T. Iida, N. Takase, J. Matsubara, N. Machida,M. Kuramoto, H. YamagishiCrystal Technology Department, Super Silicon Crystal Research Institute Corporation, Nakanoya 555 -1, Annaka, Gunma 379 -0125, Japan摘要：在半导体硅工程中，直径400mm单晶硅的生长技术已被多种数值模拟技术加以研究，如直拉熔炉中全局热传递分析，结构分析，熔体对流和氩气流的流体动力学分析。本文中分别研究了烘烤过程、初步熔融过程、保护层沉浸涂镀过程和成型过程。从这些结果来看，对于直拉熔炉的改进，热区结构的设计以及试验结果的预测等，数值分析是一种非常有效的方法。关键词：直拉法单晶硅；数值分析；FEMAG；STREAM；大尺寸Numerical simulation of effects of cusp magnetic field on oxygen concentration of 300 mm CZ-Si300mm直拉单晶硅中CUSP磁场对氧浓度影响的数值模拟分析WANG Yongtao a, b, XU Wentinga, b, DAI Xiaolin a, XIAO Qinghua a, DENG Shujun a, YAN Zhirui a, and ZHOU Qigang a, ba Semiconductor Materials Co., Ltd, General Reseach Institute of Nonferrous Metals, Beijing 100088, Chinab General Research Institute for Non Ferrous Metals, Beijing 100088, China摘要：在磁场直拉法（MCZ）硅晶体生长过程中，电感线圈的尺寸和距离会影响磁场强度和熔体流动。本文通过改变以上参数，试图得到线圈的最优化几何构造。通过对熔体-晶体界面氧浓度分布，熔体的轴向和径向速度分布，以及熔体中磁场强度的分析，我们发现小尺寸的线圈可降低所用电流强度并节省生产成本。对于给定的电流强度，可找到线圈的某最佳距离，以使得晶体-熔体界面上的氧浓度降到最低。关键词：磁场直拉法单晶硅；CUSP磁场；氧浓度；数值分析On the hot-zone design of Czochralski silicon growth for photovoltaic applications关于光电池应用的直拉法硅晶体生长的热区设计L.Y. Huang a, P.C. Lee a, C.K. Hsieh b, W.C. Hsu b, C.W. Lan a,*a Department of Chemical Engineering, National Taiwan University, Taipei 10617, Taiwan, ROCb Sino-American Silicon (SAS) Products Inc., Science-Based Industrial Park, Hsinchu, Taiwan, ROC摘要：文中展示了多种直拉法光电池硅晶体生长的热区设计，并在不牺牲晶体质量的情况下，实现了耗能和氩气消耗的大幅下降，同时提拉速度大幅上升。更为重要的是，晶体中氧含量大幅度下降，更长的少子寿命得以实现。石墨单元的降解速度也大幅的降低。文中所提设计包含辐射护罩（带不同外包层的钼和石墨），附加侧面和底部绝缘（石墨和石墨毡），以及顶部绝缘。对于耗能量和加热器附近的参考温度，计算机模拟和试验结果吻合情况良好。另外，文中通过数值模拟研究了热区设计对交界面凹陷度的影响。关键词：A1.计算机模拟；A1.缺陷；A1.热传递；A1.交界面；A1.热辐射；A2.直拉法；B2.半导体硅Numerical analysis of melt/crystal interface shape in large diameter single silicon crystal growth大直径单晶硅生长过程中固/液界面形状的数值分析滕冉北京有色金属研究总院摘要：随着集成电路(IC)产业的迅猛发展，器件制造商对IC级单晶硅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，以期提高大直径单晶硅的质量。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