區(qū)熔硅單晶生長過程建模綜述

云 娜，龐炳遠

(中國電子科技集團公司第四十六研究所，天津 300220)

區(qū)熔法又稱FZ法，即懸浮區(qū)熔法。區(qū)熔法是利用熱能在半導體棒料的一端產生一熔區(qū)，再熔接單晶籽晶，調節(jié)溫度使熔區(qū)緩慢地向棒的另一端移動，通過整根棒料，生長成一根單晶。區(qū)熔硅單晶可應用于IGBT、MEMS、高效圖像傳感器和高效太陽能制造等領域。隨著器件技術的快速發(fā)展，大尺寸、高品質的區(qū)熔硅單晶成為技術發(fā)展的新要求。為降低器件的成本，區(qū)熔硅單晶的尺寸要求更大，從而使得其生長設備區(qū)熔硅單晶爐的尺寸增大，具有多流場、多相變的硅單晶生長環(huán)境空間也隨之增大，建立生長模型變得更加困難。隨著器件性能的不斷提高，對區(qū)熔硅單晶的雜質及缺陷分布、電物理參數(shù)等都提出了更加嚴苛的要求，使得實現(xiàn)這些目標的控制方法變得越發(fā)困難。本文從生長機理與模型建立兩方面對區(qū)熔硅單晶生長過程進行了綜述，并提出了相應的研究思路和方法。

1 區(qū)熔硅單晶生長過程描述和基本特征

區(qū)熔硅單晶是在高溫 (1 412℃)、惰性氣體(Ar)環(huán)境中將高純度多晶硅原料熔化，再經過引晶、縮頸、放肩、等徑、收尾等生產工藝過程，將多晶硅生長成為具有一定原子排列周期并可延續(xù)的單晶體，其生長過程如圖1所示。

圖1 區(qū)熔法硅單晶生長過程

區(qū)熔法是在高溫、氬氣氣氛和熱場、電磁場及流場等多場相互作用的環(huán)境中，在硅熔體的固液界面中產生一定過冷度，使結晶的硅原子沿籽晶方向形成具有確定原子排序的單晶體。……