摘要：绝缘栅双极晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）是能源转换与传输的核心器件，广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天及电动汽车等领域。作为IGBT芯片的衬底材料，轻掺磷超低氧硅晶圆的品质对IGBT芯片的性能起着至关重要的作用。由于直拉法（Czochralski，Cz）单晶硅拉制的过程中需要用到含氧的石英坩埚，生长的单晶硅氧含量通常达到4×1017～9×1017 atoms/cm3，远高于IGBT用硅片所需的小于2.5×1017 atoms/cm3的氧含量需求。为解决上述问题，本文通过对应用32英寸（1英寸=2.54 cm）热场的单晶硅生长进行数值模拟，设计出新式加热器来制备满足IGBT衬底需求的超低氧单晶硅棒。模拟结果显示，当采用分体式加热器时，石英坩埚壁和固液界面附近硅熔体的流速会减弱。这一现象有助于减少熔体中的氧含量及氧杂质向固液界面的传输，进而有效地降低了晶棒中整体的氧含量。此外，由于采用了分体式加热器，晶棒的温度梯度相较于常规加热器显著降低，这一优势也有利于减少硅棒中的氧含量。实验结果进一步证实了模拟结果，在分体式加热器下拉制的单晶硅棒的氧含量更低，且整体保持在2.5×1017 atoms/cm3以下，完全符合IGBT衬底的要求。
文章目录
0 引言
1 仿真模拟和实验方法
1.1 模拟方法
1.1.1炉体和加热器模型的建立
1.1.2 数学模型的建立
1.1.3 模拟物性及工艺条件
1.2 实验方法
2结果与讨论
2.1两种加热器对熔体的影响
2.2晶棒长度为600 mm时两种加热器对熔体的影响
2.3实验结果
3结论
