单晶直拉工艺生长界面的工艺优化

单晶直拉工艺生长界面的工艺优化【摘 要】通过使用str软件模拟得到的生长界面的形状来指导工艺。并仔细分析了微缺陷的形成，指出微缺陷乃是点缺陷因为浓度随着温度降低，处于过饱和状态而析出、聚结所形成。提出了解决各种缺陷的方法和手段。对工艺的指导有深刻的借鉴意义。并使用实验数据证明了设计的可行性。总之，我们通过有效的更改和设计，有效控制了旋转性杂质条纹和旋转性表面条纹。得到晶体的生长状态和品质的差异，最终选出最优工艺。【关键词】固液界面；cop；拉速1.定义1.1生长界面生长界面形状（固液界面）：固液界面形状对单晶均匀性、完整性有重要影响，正常情况下，固液界面的宏观形状应该与热场所确定的熔体等温面相吻合。在引晶、放肩阶段，固液界面凸向熔体，单晶等径生长后，界面先变平后再凹向熔体。通过调整拉晶速度，晶体转动和坩埚转动速度就可以调整固液界面形状 晶体生长界面的控制：生长界面的形状对单晶的内在质量参数有着极为重要的影响。生长界面形状受界面处热输运情况，坩埚中熔体温度，拉速，晶体和坩埚转速，晶体直径和长度以及坩埚裸露出的面积等众多因素影响。在正常情况下，缩颈和放肩时生长界面是凸向熔体的，等径生长时生长界面是逐渐由凸变平，进而控制成微凹状。保持这种生长界面不仅有利于单晶生长，还可以避免生长界面处受熔体流的冲刷而引起的回熔，有利于降低单晶中微缺陷密度。另外，对生长晶向的单晶时，还可以避免小平面效应的影响，可提高杂质在晶体中分布均匀分布。1.2 v/g的含义单晶生长时固液界面上cop或间隙原子浓度取决于v/gs值，其中v是拉晶速度，g是固液界面上的轴向温度梯度。当v/g某一临界值ccrit（一般我们定义ccrit=0.002）时，主导点缺陷是尺寸小（0.05-0.1m）、密度高的cop（cop型）。而当v/gccrit，但在外侧位置v/g可见，当z为常数时，有：（常数）（1-hr2/2ra）：当h为正值时，即环境气氛冷却晶体，晶体中的温度 随r增大而降低（在同一水平面上），即晶体中的等温面凹向熔体。反之，h0，则r， /z，反之， h0，则r，/z。（2）由方程4，有/r-（常数）r，即在同一水平面上，/r 随r线性地变化。（3）同样由方程3和5可知，在同一等温面上，轴向温度梯度/z 恒为常数，径向温度梯度/r不仅是r的函数而且与h有关，因此等温面的分布主要是决定于/r 。上述分析在推导过程中虽然作了很多近似，但是通过与实验对比，关于温场的表达式基本上是正确的。这些理论分析结果广泛应用于解释晶体的开裂、热应力的形成以及位错的分布。2.实验仿真分析2.1拉速实验单晶炉模拟的工艺基础：装料120kg，拉速0.8mm/min，氩气流量40l/min，压力20tor，液面距30mm。在此情况下，我们得出在400mm，800mm，1200mm的生长界面将随着晶体生长长度的增加，其生长界面也随之由凸向凹逐渐转变。但假如我们提高拉速为1.0mm/min，则生长界面可以一直保持较为平坦生长界面生长，不会出现明显的凹凸变化。3.结论通过以上对比，我们可以得出，只改变拉速的条件下，拉速越高，界面越平稳。因此，适当提高拉速有利于晶体电阻率的均匀性。【参考文献】1张克丛，张乐滤.晶体生长.北京：科学出版社，1981.2李占国，毛桂盛.硅单晶生长工艺学伽.北京：中国有色金属工业