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加热器结构对轻掺磷超低氧直拉单晶硅氧杂质分布的影响
1
作者
商润龙
陈亚
+4 位作者
芮阳
王黎光
马成
伊冉
杨少林
《人工晶体学报》
北大核心
2025年第5期801-808,共8页
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是能源转换与传输的核心器件,广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天及电动汽车等领域。作为IGBT芯片的衬底材料,轻掺磷超低氧硅晶圆的品质对IGBT芯片的性能起着至关重要的作用。由于直拉(Czochralski, Cz)单...
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是能源转换与传输的核心器件,广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天及电动汽车等领域。作为IGBT芯片的衬底材料,轻掺磷超低氧硅晶圆的品质对IGBT芯片的性能起着至关重要的作用。由于直拉(Czochralski, Cz)单晶硅拉制的过程中需要用到含氧的石英坩埚,生长的单晶硅氧含量通常达到4×10^(17)~9×10^(17)atoms/cm^(3),远高于IGBT用硅片所需的小于2.5×10^(17)atoms/cm3的氧含量需求。为解决上述问题,本文通过对应用32英寸(1英寸=2.54 cm)热场的单晶硅生长进行数值模拟,设计出新式加热器来制备满足IGBT衬底需求的超低氧单晶硅棒。模拟结果显示,当采用分体式加热器时,石英坩埚壁和固液界面附近硅熔体的流速会减弱。这一现象有助于减少熔体中的氧含量及氧杂质向固液界面的传输,进而有效降低晶棒中整体的氧含量。此外,由于采用了分体式加热器,固液界面处晶棒的轴向温度梯度相较于常规加热器显著降低,这一优势也有利于减少硅棒中的氧含量。实验结果进一步证实了模拟结果,在分体式加热器下拉制的单晶硅棒的氧含量更低,且整体保持在2.5×10^(17)atoms/cm^(3)以下,完全符合IGBT衬底的要求。
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关键词
Cz法
超低氧单晶硅
分体式加热器
氧含量
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职称材料
拉晶工艺参数对N型单晶硅氧含量的影响研究
被引量：
1
2
作者
柴晨
张军
+2 位作者
王玉龙
韩庆辉
李怀铭
《人工晶体学报》
CAS
北大核心
2024年第5期792-802,共11页
TOPCon电池基板是以N型硅片为主,N型硅片的氧含量在一定程度上影响着TOPCon电池的转换效率。本文采用直拉法进行单晶硅的拉制,通过调整埚转、氩气流量和炉压来研究拉晶工艺参数对N型单晶硅氧含量的影响。数值模拟分析和实验结果表明:坩...
TOPCon电池基板是以N型硅片为主,N型硅片的氧含量在一定程度上影响着TOPCon电池的转换效率。本文采用直拉法进行单晶硅的拉制,通过调整埚转、氩气流量和炉压来研究拉晶工艺参数对N型单晶硅氧含量的影响。数值模拟分析和实验结果表明:坩埚转速的增加会抑制浮力-热毛细漩涡,减少熔体界面处SiO的挥发,提高硅熔体内部和单晶硅棒氧含量;增大氩气流量和降低炉压可增大熔体界面处SiO的质量流量,有效促进SiO挥发,减少固液界面处氧含量,从而降低单晶硅棒氧含量。根据单晶硅氧含量测试和EL检测结果可知,坩埚转速5 r/min、氩气流量100 L/min和炉压1 200 Pa时拉制的N型单晶硅氧含量最低,电池端同心圆比例也是最低的。本文研究结果可为N型单晶硅棒降氧提供一定思路。
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关键词
N型单晶硅
降氧
坩埚转速
氩气流量
炉压
同心圆
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职称材料
热屏结构对200 mm半导体级提拉单晶硅中氧含量分布的影响
被引量：
5
3
作者
芮阳
王忠保
+6 位作者
盛旺
倪浩然
熊欢
邹啟鹏
陈炜南
黄柳青
罗学涛
《人工晶体学报》
CAS
北大核心
2023年第6期1110-1119,共10页
半导体级单晶硅是芯片的基础核心材料,其晶体的氧含量分布对晶圆品质有重要影响。通过优化提拉单晶炉的热屏结构可有效控制晶体生长过程中的氧含量分布,但难以通过实验探究其内在影响机制。本文采用ANSYS有限元分析,研究了热屏结构对200...
半导体级单晶硅是芯片的基础核心材料,其晶体的氧含量分布对晶圆品质有重要影响。通过优化提拉单晶炉的热屏结构可有效控制晶体生长过程中的氧含量分布,但难以通过实验探究其内在影响机制。本文采用ANSYS有限元分析,研究了热屏结构对200 mm半导体级直拉单晶硅氧含量分布的影响。针对一段式、二段式两种典型的商用单晶炉热屏结构,模拟了拉晶初期(300 mm)、中期(800 mm)、末期(1000 mm)三个等径阶段的温度场、流场分布,固液界面温度梯度及径向氧含量分布。计算结果表明,与二段式热屏相比,一段式热屏的熔体温度场均一性较好,固液界面的温度梯度较小。此外,一段式热屏的氩气流场有利于熔体自由表面上方SiO气体挥发和减弱熔体的剪切对流,使固液界面前端向晶体扩散的氧减少。因此,一段式热屏的固液界面径向氧含量分布均匀性较好且晶体中的氧含量较低。
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关键词
半导体级单晶硅
氧含量
有限元分析
热屏结构
温度场
流场
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职称材料
题名
加热器结构对轻掺磷超低氧直拉单晶硅氧杂质分布的影响
1
作者
商润龙
陈亚
芮阳
王黎光
马成
伊冉
杨少林
机构
宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司
北方民族大学材料科学与工程学院
出处
《人工晶体学报》
北大核心
2025年第5期801-808,共8页
基金
2023年银川市科技支撑项目(2023GXHZC02)
2024年宁夏回族自治区重点研发计划项目(2024BEE02012)。
文摘
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是能源转换与传输的核心器件,广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天及电动汽车等领域。作为IGBT芯片的衬底材料,轻掺磷超低氧硅晶圆的品质对IGBT芯片的性能起着至关重要的作用。由于直拉(Czochralski, Cz)单晶硅拉制的过程中需要用到含氧的石英坩埚,生长的单晶硅氧含量通常达到4×10^(17)~9×10^(17)atoms/cm^(3),远高于IGBT用硅片所需的小于2.5×10^(17)atoms/cm3的氧含量需求。为解决上述问题,本文通过对应用32英寸(1英寸=2.54 cm)热场的单晶硅生长进行数值模拟,设计出新式加热器来制备满足IGBT衬底需求的超低氧单晶硅棒。模拟结果显示,当采用分体式加热器时,石英坩埚壁和固液界面附近硅熔体的流速会减弱。这一现象有助于减少熔体中的氧含量及氧杂质向固液界面的传输,进而有效降低晶棒中整体的氧含量。此外,由于采用了分体式加热器,固液界面处晶棒的轴向温度梯度相较于常规加热器显著降低,这一优势也有利于减少硅棒中的氧含量。实验结果进一步证实了模拟结果,在分体式加热器下拉制的单晶硅棒的氧含量更低,且整体保持在2.5×10^(17)atoms/cm^(3)以下,完全符合IGBT衬底的要求。
关键词
Cz法
超低氧单晶硅
分体式加热器
氧含量
Keywords
Cz method
monocrystalline silicon with ultra-low oxygen content
split heater
oxygen
content
分类号
O78 [理学—晶体学]
TQ127.2 [化学工程—无机化工]
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职称材料
题名
拉晶工艺参数对N型单晶硅氧含量的影响研究
被引量：
1
2
作者
柴晨
张军
王玉龙
韩庆辉
李怀铭
机构
晶澳太阳能科技股份有限公司
晶澳太阳能有限公司
出处
《人工晶体学报》
CAS
北大核心
2024年第5期792-802,共11页
文摘
TOPCon电池基板是以N型硅片为主,N型硅片的氧含量在一定程度上影响着TOPCon电池的转换效率。本文采用直拉法进行单晶硅的拉制,通过调整埚转、氩气流量和炉压来研究拉晶工艺参数对N型单晶硅氧含量的影响。数值模拟分析和实验结果表明:坩埚转速的增加会抑制浮力-热毛细漩涡,减少熔体界面处SiO的挥发,提高硅熔体内部和单晶硅棒氧含量;增大氩气流量和降低炉压可增大熔体界面处SiO的质量流量,有效促进SiO挥发,减少固液界面处氧含量,从而降低单晶硅棒氧含量。根据单晶硅氧含量测试和EL检测结果可知,坩埚转速5 r/min、氩气流量100 L/min和炉压1 200 Pa时拉制的N型单晶硅氧含量最低,电池端同心圆比例也是最低的。本文研究结果可为N型单晶硅棒降氧提供一定思路。
关键词
N型单晶硅
降氧
坩埚转速
氩气流量
炉压
同心圆
Keywords
N-type
monocrystalline
silicon
reduction of
oxygen
content
crucible rotation rate
argon flow rate
furnace pressure
concentric circle
分类号
O782 [理学—晶体学]
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职称材料
题名
热屏结构对200 mm半导体级提拉单晶硅中氧含量分布的影响
被引量：
5
3
作者
芮阳
王忠保
盛旺
倪浩然
熊欢
邹啟鹏
陈炜南
黄柳青
罗学涛
机构
宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司
厦门大学材料学院
厦门大学深圳研究院
出处
《人工晶体学报》
CAS
北大核心
2023年第6期1110-1119,共10页
基金
宁夏回族自治区重点研发计划(2022BFE02007)
深圳市基础研究面上项目(JCYJ20210324121813037)。
文摘
半导体级单晶硅是芯片的基础核心材料,其晶体的氧含量分布对晶圆品质有重要影响。通过优化提拉单晶炉的热屏结构可有效控制晶体生长过程中的氧含量分布,但难以通过实验探究其内在影响机制。本文采用ANSYS有限元分析,研究了热屏结构对200 mm半导体级直拉单晶硅氧含量分布的影响。针对一段式、二段式两种典型的商用单晶炉热屏结构,模拟了拉晶初期(300 mm)、中期(800 mm)、末期(1000 mm)三个等径阶段的温度场、流场分布,固液界面温度梯度及径向氧含量分布。计算结果表明,与二段式热屏相比,一段式热屏的熔体温度场均一性较好,固液界面的温度梯度较小。此外,一段式热屏的氩气流场有利于熔体自由表面上方SiO气体挥发和减弱熔体的剪切对流,使固液界面前端向晶体扩散的氧减少。因此,一段式热屏的固液界面径向氧含量分布均匀性较好且晶体中的氧含量较低。
关键词
半导体级单晶硅
氧含量
有限元分析
热屏结构
温度场
流场
Keywords
semiconductor-grade
monocrystalline
silicon
oxygen
content
finite element analysis
heat shield structure
temperature field
flow field
分类号
O47 [理学—半导体物理]
TB321 [一般工业技术—材料科学与工程]
O242.21 [理学—计算数学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
加热器结构对轻掺磷超低氧直拉单晶硅氧杂质分布的影响
商润龙
陈亚
芮阳
王黎光
马成
伊冉
杨少林
《人工晶体学报》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
拉晶工艺参数对N型单晶硅氧含量的影响研究
柴晨
张军
王玉龙
韩庆辉
李怀铭
《人工晶体学报》
CAS
北大核心
2024
1
在线阅读
下载PDF
职称材料
3
热屏结构对200 mm半导体级提拉单晶硅中氧含量分布的影响
芮阳
王忠保
盛旺
倪浩然
熊欢
邹啟鹏
陈炜南
黄柳青
罗学涛
《人工晶体学报》
CAS
北大核心
2023
5
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职称材料
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