【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及单晶硅生长，特别涉及一种降低200mm半导体级单晶硅缺陷的拉晶方法。
技术介绍
1、半导体级单晶硅是微电子工业重要的基础材料，广泛应用于集成电路和功率半导体器件的制造中，已成为信息产业得到基石。作为半导体产业链中的重要原材料，200mm半导体级单晶硅是我国现阶段硅晶圆生产中量大面广的产品。然而，随着芯片尺寸不断减小，对硅片质量提出了更高的要求，这就要求半导体材料行业能够提供缺陷更少、质量更好的单晶硅。
2、氧杂质是半导体级单晶硅中的关键杂质，主要来源于单晶硅生长过程中与石英坩埚的接触及熔体的对流，直拉单晶过程中炉内的温度场和流场分布影响拉晶的效率和质量，晶体中氧含量控制不佳将对芯片制造工艺的合格率产生影响。目前，在研究半导体级单晶硅的缺陷时，主要通过实际的拉晶实验来研究单晶硅的生长和品质。然而，随着制备的单晶硅直径越来越大，直拉单晶硅的实验成本也越来越高，如果单纯通过实验来进行单晶硅生长和品质的研究，然后根据实验结果对拉晶的工艺进行调节来降低半导体级单晶硅的缺陷，这种方式不仅提拉单晶的时间较长、实验成本高、操作复杂，而且实际生产过程中单晶炉内的温度场分布、流场分布等也很难实际测量，因而无法准确的对工艺参数和设备参数做出准确的调节，进而对降低半导体级单晶硅缺陷的效果并不是特别显著。
技术实现思路
1、有鉴于此，针对以上不足，有必要提出一种成本较低的降低200mm半导体级单晶硅缺陷的拉晶方法。
2、本专利技术提供了一种降低200mm半导体级单晶硅缺
3、步骤1：设计至少两种用于对200mm半导体级单晶硅进行拉制的热场，得到对应各热场的热场参数；
4、步骤2：分别针对设计的每个热场，利用各热场的热场参数进行仿真模拟，得到仿真模拟结果；
5、步骤3：对各热场的仿真模拟结果进行综合分析，从设计的至少两种热场中筛选出拉制200mm半导体级单晶硅时产生缺陷最少的最优热场；
6、步骤4：按照所述最优热场的参数在单晶炉中进行热场部署，并进行200mm半导体级单晶硅的拉制。
7、优选的，步骤2中，所述仿真模拟结果包括：单晶炉内的温度分布、硅熔体温度分布、单晶炉内氩气流场分布、硅熔体液面上方的氩气流速分布、硅熔体液面下方熔体流速分布以及硅熔体液面下方熔体流场矢量分布中的至少两种热场参量的分布结果。
8、优选的，所述单晶硅的等径过程划分为等径初期、等径中期和等径末期；所述仿真模拟结果中的每一种热场参量的分布结果还具体包括：该热场参量在等径初期、等径中期和等径末期三个阶段的分布结果。
9、优选的，所述步骤3具体包括：
10、根据各热场参量对200mm半导体级单晶硅产生缺陷的影响力，确定每种热场参量的影响因子；
11、根据所述仿真模拟结果中各热场参量的分布结果，对各热场参量进行评分；其中，对单晶炉内的温度分布和硅熔体温度分布进行评分的标准包括：温度梯度的大小；对单晶炉内氩气流场分布、硅熔体液面上方的氩气流速分布、硅熔体液面下方熔体流速分布以及硅熔体液面下方熔体流场矢量分布进行评分的标准包括：促进氧化硅挥发的能力；
12、根据每种热场参量的影响因子和对应该热场参量的评分，确定每种热场对降低半导体级单晶硅缺陷的适用度值；
13、将各热场中适用度值最高的热场确定为所述最优热场。
14、优选的，所述每种热场参量的影响因子均包括：当前热场参量的全局影响因子和该当前热场参量中每个阶段对应的局部影响因子；每种热场参量的评分均包括：当前热场参量的全局评分和该当前热场参量中对应每个阶段的局部评分；
15、所述根据每种热场参量的影响因子和对应该热场参量的评分确定每种热场对降低半导体级单晶硅缺陷的适用度值，包括：
16、利用如下计算式计算每种热场的适用度值：
17、
18、其中，s用于表征热场的适用度值，p用于表征热场的全局评估系数，q用于表征热场的局部评估系数，mi用于表征第i个热场参量的全局影响因子，ai用于表征第i个热场参量的全局评分，mij用于表征第i个热场参量中的第j个阶段的局部影响因子，aij用于表征第i个热场参量中的第j个阶段的局部评分，n用于表征当前热场的仿真模拟结果中的热场参量的数量。
19、优选的，所述硅熔体温度分布基于如下传输方程组给出：
20、
21、其中，t用于表征时间，ρ为密度，h为显焓系数，p为静压力，v为速度，keff为有效电导率，为有效应力，t为热力学温度，jl为第l种物质的扩散通量，sh为体积热源带来的热通量，i(r,s)表征辐射强度，r表征位置矢量，s表征方向矢量，a表征吸收系数，σs表征辐射系数，n表征折射率，φ(s)表征相位函数，ω′表征实心角。
22、优选的，所述步骤1中，设计的至少两种用于对200mm半导体级单晶硅进行拉制的热场中，包括至少两种具有不同结构热屏的热场。
23、由上述技术方案可知，本专利技术实施例提供的降低200mm半导体级单晶硅缺陷的拉晶方法中，在拉晶之前先设计若干个热场，然后利用每个热场的热场参数进行仿真模拟，进一步对各热场的仿真模拟结果进行综合分析，并根据分析结果从设计的热场中选择出拉制200mm半导体级单晶硅时产生缺陷最少的最优热场，如此按照该最优热场的参数在单晶炉中进行热场布置，即可进行半导体级单晶硅的拉制实验。由于直拉单晶过程中炉内的温度场和流场分布会影响半导体级单晶硅的杂质和缺陷含量，而本方案设计新型的热场后进行了仿真模拟，基于仿真模拟可以准确的得到温度场和流场分布等数据，并据此筛选得到对拉制半导体级单晶硅来说最优的热场，因此按照该最优热场的参数布置热场后进行拉晶，能够大大降低半导体级单晶硅中的缺陷。此外，本方案采用对热场进行模拟的方式，避免了针对设计的每个热场进行实际的拉晶实验，从而能够节省拉晶的时间和实验成本。
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1.一种降低200mm半导体级单晶硅缺陷的拉晶方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的降低200mm半导体级单晶硅缺陷的拉晶方法，其特征在于，步骤2中，所述仿真模拟结果包括：单晶炉内的温度分布、硅熔体温度分布、单晶炉内氩气流场分布、硅熔体液面上方的氩气流速分布、硅熔体液面下方熔体流速分布以及硅熔体液面下方熔体流场矢量分布中的至少两种热场参量的分布结果。
3.根据权利要求2所述的降低200mm半导体级单晶硅缺陷的拉晶方法，其特征在于，所述单晶硅的等径过程划分为等径初期、等径中期和等径末期；所述仿真模拟结果中的每一种热场参量的分布结果还具体包括：该热场参量在等径初期、等径中期和等径末期三个阶段的分布结果。
4.根据权利要求3所述的降低200mm半导体级单晶硅缺陷的拉晶方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
5.根据权利要求4所述的降低200mm半导体级单晶硅缺陷的拉晶方法，其特征在于，所述每种热场参量的影响因子均包括：当前热场参量的全局影响因子和该当前热场参量中每个阶段对应的局部影响因子；每种热场参量的评分均包括：当前
6.根据权利要求2所述的降低200mm半导体级单晶硅缺陷的拉晶方法，其特征在于，所述硅熔体温度分布基于如下传输方程组给出：
7.根据权利要求1所述的降低200mm半导体级单晶硅缺陷的拉晶方法，其特征在于，所述步骤1中，设计的至少两种用于对200mm半导体级单晶硅进行拉制的热场中，包括至少两种具有不同结构热屏的热场。
...【技术特征摘要】
1.一种降低200mm半导体级单晶硅缺陷的拉晶方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的降低200mm半导体级单晶硅缺陷的拉晶方法，其特征在于，步骤2中，所述仿真模拟结果包括：单晶炉内的温度分布、硅熔体温度分布、单晶炉内氩气流场分布、硅熔体液面上方的氩气流速分布、硅熔体液面下方熔体流速分布以及硅熔体液面下方熔体流场矢量分布中的至少两种热场参量的分布结果。
3.根据权利要求2所述的降低200mm半导体级单晶硅缺陷的拉晶方法，其特征在于，所述单晶硅的等径过程划分为等径初期、等径中期和等径末期；所述仿真模拟结果中的每一种热场参量的分布结果还具体包括：该热场参量在等径初期、等径中期和等径末期三个阶段的分布结果。
4.根据权利要求3所述的降低200...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵泽慧，芮阳，王忠保，徐慶晧，王黎光，曹启刚，
申请(专利权)人：宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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