[發明專利]提拉法單晶硅生長流場控制技術

在審

• 申請號: 201510573377.0
• 申請日: 2015-09-10
• 公開（公告）號: CN105239154A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 張俊寶;山田憲治;劉浦鋒;宋洪偉;陳猛
• 申請（專利權）人: 上海超硅半導體有限公司
• 主分類號: C30B15/20
• 分類號: C30B15/20;C30B29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種提拉法單晶硅生長流場控制技術，主加熱器形成一個從熔體外側向中心的自然對流Gr，通過坩堝的旋轉，將使坩堝外側熔體往中心的流動Tc；晶體的旋轉，形成一個強迫對流Re，在坩堝的底部加一個底部加熱器，使坩堝的底部的溫度高于四周的溫度，形成一個從中心向上的對流Gz；通過控制將熔體分成內外兩個流場區域，交匯在晶體與坩堝壁的中間區域，最佳點位置為，從而控制晶體生長界面處的溫度分布和熔體中氧分布，再通過提拉速度，進而控制晶體中的元素均勻性。

2.根據權利要求1所述的提拉法單晶硅生長流場控制技術，晶體旋轉速度與坩堝旋轉速度之間關系，其特征在于晶體旋轉的最佳速度為

(1)

式中，為晶體的轉速，為坩堝的轉速，d_si為晶體的直徑，dc為坩堝的直徑；調節范圍為+20%。

3.根據權利要求1至2所述的提拉法單晶硅生長流場控制技術，其特征在于在坩堝底部加施加一個底部加熱器，對熔體形成一個主加器之外的附加熱源；使熔體由底部中心向上流動，在晶體生長界面處轉向四周流動，形成一個與自然對流相反的對流流場。

4.根據權利要求1至3所述的提拉法單晶硅生長流場控制技術，其特征在于底部加熱器的面積是所生長晶體截面積的0.8-1.0倍，

0.8×d_si≤d₀≤d_si(2)

本發明專利技術的特征還在于，底部加熱器的溫度與坩堝四周環形主加熱器之間的關系為，底部底部中心的溫度與坩堝四周環壁的溫度高出5℃以上，最佳為8℃-10℃，并且低于15℃。

5.根據權利要求1至4所述提拉法單晶硅生長流場控制技術，其流場控制的特征在于，

(3)

式中，Gz為底部加熱器引起的對流場表示為

(4)

式中，△Tc是熔體軸向溫度梯度，d₀是底部加熱器的直徑；

Gr是主熱源引起的自然對流，表示為小可由格拉斯霍夫常數來判定：

(5)

式中△T_r是熔體徑向溫度差，Re是由晶軸旋轉引起的強迫對流，表示為流動，而造成一個強迫對流區；

由晶軸旋轉引起的熔體擾動的程度，可由瑞洛爾茲常數Re表示，

(6)

式中，r是晶體的半徑，V_k是熔體的粘度；

坩堝的旋轉將使坩堝外側的熔體往中心流動；

坩堝旋轉所引起的擾動程度Tc表示為，

(7)

式中，h是熔體的高度。

6.根據權利要求1至5所述的提拉法單晶硅生長流場控制技術，其特征在于通過控制熔體的流場，使熔體形成內外兩個流場區域，一個從中心底部向上，到達晶體生長界面后向外流動，形成對流環；另一個從外側向中心流動，兩個流場相遇后熔體向下流動，分別形成對流環；晶體和坩堝的轉動疊加在兩個對流環上，使兩個流場在交匯外最佳點位置為。

7.根據權利要求1至6所述的提拉法單晶硅生長流場控制技術，熔體的軸向溫度梯度在不同的徑向位置上特征在于，

(8)

式中，熔體的軸向溫度梯度Gs表示為

(9)

熔體的軸向溫度梯度在不同的徑向位置上的表示為Gs(r)，r是晶體的半徑，以晶體中心為0，晶體邊緣為r。

8.根據權利要求1至7所述的提拉法單晶硅生長流場控制技術，拉晶速度V特征在于，

V/Gs(r)=1.3×10^-3(10)

V的速度變化要求在±10%的范圍內。

9.根據權利要求1至8所述的提拉法單晶硅生長流場控制技術，其特征在于，底部加熱器為硬碳材料制備，中間由石英玻璃分隔，下部有石英玻璃絕緣板和隔熱板；電阻值中心高而邊緣低，采用控制控制加熱器寬度變化的方法控制電阻變化，每10厘米長度降低0.5%。

10.根據權利要求1至9所述的提拉法單晶硅生長流場控制技術，其特征還在于，底部的加熱器可以置于磁場中。