热屏结构对200mm半导体级提拉单晶硅中氧含量分布的影响

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(1 000 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.