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基于数值模拟的 CZSi单晶收尾控制参数研究 赵　 跃,刘　 丁,陈德伟,王　 蕾 (西安理工大学自动化与信息工程学院, 西安 710048) 摘要:采用理论分析和有限元数值模拟相结合的方法研究了晶体收尾过程中的温度分布与热量传递。解释了“ 倒 草帽 ” 形收尾 (收尾前段晶体直径猛然收缩 )的成因 ,指出了改进收尾形状的方法 ,研究结果对于合理设定直拉硅单 晶收尾工艺参数具有一定的参考意义。通过对比试验 ,仿真计算结果与单晶炉实验测试结果相吻合。 关键词:直拉硅单晶;收尾;热场;有限元数值模拟 中图分类号:O78 　 　 文献标识码:A 　 　 文章编号: 10002 985X(2010) 012 02082 06 Study on the Ta il Growth Control Parameters of Czochra lsk i Sil i con Ba sed on the Numer i ca l Simula ti on ZHAO Yue, L IU D ing, CHEN De2 wei , WANG Lei ( School of Automation and I nformation Engineering, Xian University of Technology, Xi’ an 710048, China) (Received 4 May 2009) Abstract: Theoretical analysis and finite element numerical si mulati ons were p resented t o study temperature distributi on and heat trans missi on in the p rocess of tail gr owth, in which inverted hat ( crystal diameter suddenly shrinking at the beginning of tail growth) forming is exp lained and the way t o i mp r ove the tail shape is menti oned . The results have certain significance in reas onably setting technol ogical parameter of the ending of Czochralski silicon . By comparis on, si mulati on results coincide with crystal furnace test results . Key words:Czochralski silicon; tail growth; temperature field; finite element numerical si mulati on 　　收稿日期: 20092 052 04 　　基金项目:国家高技术研究发展计划 (863) (No . 2003AA3Z1120) 　　作者简介:赵　跃 (19722 ) ,男,陕西省人,副教授。E2 mail : zhaoyue@xaut . edu . cn 1　 引　　 言 在 CZSi单晶的生长过程中 ,为防止因位错反延导致的晶体结构破坏 ,在拉晶结束前应逐步缩小晶体直 径 ,直至收缩为一点脱离液面 ,这一过程称为收尾[ 1 ] 。 缩小晶体直径可通过提高拉速或升高温度的方法来实现。单纯提高拉速容易导致晶体过早脱离液面, 收尾失败。单纯升温则收尾时间过长 ,能耗大幅增加。实际生产中更多的是将两种方法结合起来共同控制 收尾过程中的直径变化。 然而如何设计收尾过程中的拉速增长曲线和温度上升曲线,使两者合理匹配达到期望的收尾效果,是一个 需要理论指导和实践测试的复杂过程。根据晶体生长工艺,收尾时通常希望直径均匀收细,最终生长成如图 1a 所示的“ 倒圆锥” 形晶体外形。在实际的单晶生产过程中经常可以见到如图 1b所示的收尾形状。这种收尾的　 第 1期 赵 　 跃 等:基于数值模拟的 CZSi单晶收尾控制参数研究 209 　 　 图 1　( a)“ 倒圆锥 ” 形收尾; ( b)“ 倒草帽 ” 形收尾 Fig . 1　( a) Inverted cone tail gr owth; ( b) straw hat tail growth 特点是在收尾前段晶体直径有快速收缩和突然停止的 现象。本文将这种收尾形状称为“ 倒草帽” 形收尾。 晶体直径的快速收缩和突然停止说明晶体内部温 度梯度有剧烈的变化,过大的温度梯度会引起较大的热 应力。当应力超过硅