滕冉
,
常青
,
吴志强
,
汪丽都
,
戴小林
,
肖清华
,
姜舰
,
张果虎
,
周旗钢
人工晶体学报
采用有限元法计算了300 mm硅单晶生长过程中,热屏结构对炉体内温度分布、熔体中流场以及晶体内热应力的影响.计算所用的模型涵盖了晶体生长过程中的主要物理现象,包括结晶潜热的释放、结晶前沿的形变、熔体中热和质的传输以及氧的输运等.计算结果表明使用直壁式热屏时,晶体-熔体界面变得更加平坦同时结晶前沿处的热应力大幅度下降,减少了发生宏观位错的可能性,此外熔体中的氧含量显著降低.
关键词:
单晶硅
,
有限元法
,
热屏
高宇
,
周旗钢
,
戴小林
,
肖清华
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2007.05.001
采用有限体积元法软件CrysVUn对直拉法生长300 mm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.
关键词:
热应力
,
模拟
,
300 mm
,
硅单晶
姜舰
,
邓树军
,
戴小林
,
吴志强
,
朱秦发
,
刘冰
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2010.06.028
随着国内硅材料应用技术不断发展,在大直径单晶的直径生长控制方面除了在设备上采用更加先进的双CCD系统,同时也对单晶生长的直径PID提出了更加严格的要求,因此研究单晶生长的直径PID参数设置有着重要意义.以等径阶段PID参数设置为研究对象,采用晶体生长的实验方法研究了不同PID参数控制对晶体生长的影响,分析了不同参数的作用,最终获得了大直径CZ硅等径生长的优化PID控制参数.实验选用TDR-150型单晶炉,Ф700mm热场系统,一次性投人200kg多晶硅,拉制目标直径400mm的大直径硅单晶.从实验中可以分别得到4条晶体生长等径过程中直径波动曲线以及4张等径过程中实际拉速及晶体生长速率波动图.通过对比分析,实验确认了PID 3个参数(P值比例增益,D值微分,I值积分)的合理取值范围及其作用效果:应使P值在系统具备较高灵敏度和稳定控制的平衡点;使D部分在系统频率特性的中频段,以改善系统的动态性能;而使I值在系统频率特性的较低频段,以提高系统的稳态性能,同时又能够作用于长期控制.
关键词:
大直径
,
直拉
,
单晶直径
,
PID参数
滕冉
,
戴小林
,
徐文婷
,
肖清华
,
周旗钢
人工晶体学报
通过对28英寸热场生长300 mm硅单晶过程中结晶速率、固液界面形状、晶体中热应力及晶体中氧含量的数值计算提出了在该热场条件下热屏的优化方案.数值计算结果表明:对热屏底端与晶体表面和熔体自由液面的距离以及热屏材料(优化前热屏使用单一石墨材料,优化后采用辐射率较高的内壁材料结合反射率较高的外壁材料组成复合式热屏)的优化可以减少主加热器对晶体的热辐射使得固液界面更加平坦,藉此增加结晶速率,减小晶体内热应力和熔体中氧含量.
关键词:
硅单晶
,
数值模拟
,
热屏
,
固液界面
朱亮
,
周旗钢
,
戴小林
,
张果虎
,
曹建伟
,
邱敏秀
人工晶体学报
集成电路用12英寸硅单晶生长过程中,为满足晶体生长界面附近温度梯度的要求,需要测量并控制晶体生长过程中硅熔体液面位置.传统的设定坩埚上升速度和激光测距的方法有时不能适应直拉硅单晶生长技术的发展.本文提出并实现了一种采用CCD图像捕捉和测量液面位置的方法,结合调节坩埚上升速度来控制液面高度,最终可以满足生长集成电路用12英寸硅单晶的需要.
关键词:
直拉法
,
硅单晶
,
液面位置
高宇
,
周旗钢
,
戴小林
,
肖清华
人工晶体学报
doi:10.3969/j.issn.1000-985X.2007.04.026
本文采用有限体积元法软件CrysVUn对直拉法生长直径300mm硅单晶热场和热应力分布进行了模拟.后继加热器通过补充晶体径向的热散失,使得沿生长界面径向的由熔体向晶体的热输运实现平衡,使晶体生长界面更加平坦.随着热屏材料热辐射率的降低,晶体生长界面趋于平坦,生长界面上方热应力水平也随着热屏材料辐射率的减小而下降,使用内层高辐射率材料、外层低辐射率材料的复合式热屏结构进一步降低了晶体生长界面中心高度.
关键词:
模拟
,
直径300mm硅单晶
,
热屏
,
后继加热器
韩海建
,
周旗钢
,
戴小林
,
肖清华
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2007.06.005
采用直拉法生长普通硅单晶和掺氮硅单晶, 研究两种晶体中空位型原生缺陷(voids)和氧化诱生层错(OSFs)的行为. 从两种晶体的相同位置取样, 并对样品进行Secco腐蚀、 1100℃湿氧氧化和铜缀饰实验. 实验结果表明, 在掺氮硅单晶中与较大尺寸的voids相关的流动图形缺陷(FPDs)的密度变小, 氧化诱生层错环(OSF-ring)向样片中心处移动, 同时宽度变大. 这说明在直拉硅中掺氮可以抑制大尺寸voids的产生, 同时可以缩小空位型缺陷区的范围, 而且V/I过渡区(OSF-ring)的范围变大.
关键词:
300 mm
,
流动图形缺陷
,
氧化诱生层错环
,
掺氮
王学锋
,
高宇
,
戴小林
,
吴志强
,
张国虎
,
周旗钢
人工晶体学报
数值模拟技术已经成为分析和优化工业化晶体生长工艺必不可少的工具.本文利用有限元分析软件计算了φ300 mm直拉硅单晶生长过程中,不同液面位置时的晶体固液界面形状,模拟计算考虑了热传导、辐射、气流等物理现象,分析了晶体长度和液面位置对晶体生长界面形状的影响,得出了随着晶体长度的增加固液界面的凸度会增大的规律.
关键词:
直拉硅单晶
,
固液界面
,
液面位置
,
数值模拟
滕冉
,
戴小林
,
肖清华
,
周旗钢
,
常青
人工晶体学报
数值模拟技术是提升大直径硅单晶质量、降低晶体制备成本的有效工具.利用切克劳斯基法生长硅单晶时,固/液界面的形变程度是衡量晶体质量的关键参数.由于单晶炉体内的高温环境导致对界面的直接观察极为困难,因此本文采用有限元法对生长16英寸直径硅单晶过程中,不同生长阶段的固/液界面形状及熔体流动情况进行计算.数值计算结果表明:在本文所用的热场及工艺参数条件下,随着晶体长度的不断增加,固/液界面的形变量增加同时晶体内部的热应力加大；通过对晶体提拉速率及晶体转速-坩埚转速的比值的调整,我们发现,降低晶体的提拉速率以及精确的控制转速比可以使晶体各个阶段都获得比较理想的界面形状.
关键词:
单晶硅
,
数值分析
,
固/液界面
,
熔体流动
常麟
,
周旗钢
,
戴小林
,
鲁进军
,
卢立延
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2011.06.021
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.
关键词:
直拉硅单晶
,
CUSP磁场
,
氧浓度
,
有限元分析
,
数值模拟
