國立中央大學機械工程學系博士班-工学.ppt

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1、國立中央大學機械工程學系博士班專題討論簡報報告人:胡凡勳93343002報告題目熱遮罩外型對柴式生長矽晶棒中熱流及缺陷分佈影響之數值模擬簡報大綱一.簡介二.文獻回顧三.數值模型四.模擬結果五.結論一.簡介柴式長晶法生長晶體中會出現差排及微缺陷微缺陷的成因:單晶中的點缺陷達到過飽和濃度點缺陷的分類:vacancypointdefects(V-type)self-interstitialpointdefects(I-type)V-type與I-type點缺陷交界處會形成:Oxidation-InducedStacking-Faultrin

2、g(OISF-ring)常見改善缺陷的方式:磁控法及增設熱遮罩點缺陷型態示意圖空缺型點缺陷(Vacancytypepointdefect)自我插入型點缺陷(Self-interstitialtypepointdefect)1.1982年Voronkov提出拉速與固液介面溫度梯度與缺陷分佈的關係，也就是Vc/G理論。此理論是最早開始針對晶棒內的點缺陷分佈情形與晶棒生長時的環境與操作關係的研究。二.文獻回顧2.2001年Brown等人提出近乎零缺陷的區域之Vc/G值K0free會介於K0max及KΔ=0之間。其中:K0max表示V-typ

3、e點缺陷濃度殘留最大值出現時的Vc/G區間KΔ=0表示OISF-ring出現的Vc/G值二.文獻回顧(續)3.2001年Dornberger等人也對Vc/G理論加以研究，他們認為零缺陷區域的Vc/G值是介於1.21×10-3到1.47×10-3cm2/minK之間，而OISF-ring則是出現在Vc/G值等於1.47×10-3cm2/minK時二.文獻回顧(續)4.1995年Ammon等人研究長晶爐中裝設熱遮罩對爐體內的溫場、晶棒溫度梯度及缺陷分佈情形之影響。由此可知以磁控法(MCZ)來控制爐體溫場要比裝設熱遮罩的方式來的昂貴。二.

4、文獻回顧(續)5.1999年Dornberger等人的熱遮罩專利及1995年Ikezawa等人的熱遮罩專利是常見的熱遮罩設計基礎模型。二.文獻回顧(續)三.數值模型Physicalmodel:MeltCrystalaxisymmetryPurgeRingCrucibleGraphiteHeaterFurnaceBasicAssumptionsoftheSystema).Theheattransferprocessforanaxisymmetricsystemdoneinaquasi-steadystatecondition.b)

5、.Thefluidfieldisatwo-dimensionalincompressibleNewtonianflow.c).AnefficientheattransfercoefficientKeffisusedtosimplifytheconditionsofsiliconmeltflowinthemeltingcrucible.三.數值模型(續)FluidGoverningEquationsContinuityequation:(1)Momentumequations:(2)(3)三.數值模型(續)Boundarycondi

6、tionsoffluida).TheinletgasflowvelocityofthefurnaceisVin=0.202m/s.b).Theoutletgaspressureofthefurnaceisataconstantatmospherepressure.c).Thesolidsurfacesofthefurnacehaveno-slipboundaryconditions.三.數值模型(續)EquationsGoverningTemperatureDistributionForthesolidcomponentsof

7、system(4)Fortheconvectioneffectofargongas(5)Forthesiliconcrystal(6)Forthesiliconmelt(7)三.數值模型(續)Boundaryconditionsofthesystem’stemperaturedistributiona).ThetemperatureattheinletgasisTin=300K.b).Thetemperatureatthecrystal-meltinterfaceisthemeltingpointTmelting=16

8、85K.c).Thegas-meltinterfaceradiationequationis(8)d).Thecrystalsurfaceradiationequationis(9)e).Thewal