上海微系統(tǒng)所在300mm大硅片晶體生長的數(shù)值模擬研究中獲進(jìn)展

300mm大硅片是集成電路制造不可或缺的基礎(chǔ)材料，對集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起著關(guān)鍵支撐作用。針對集成電路制造行業(yè)對低氧高阻、近零缺陷等硅片產(chǎn)品的迫切需求，亟需解決大直徑、高質(zhì)量硅單晶晶體生長技術(shù)中的氧雜質(zhì)輸運(yùn)、晶體缺陷調(diào)控等基礎(chǔ)科學(xué)問題，進(jìn)而開發(fā)大直徑單晶晶體生長技術(shù)，實(shí)現(xiàn)特定的晶體雜質(zhì)、缺陷的人工調(diào)控，滿足射頻、存儲等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所研究員魏星團(tuán)隊(duì)在300mm晶體生長的數(shù)值模擬研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)了耦合橫向磁場的三維晶體生長傳熱傳質(zhì)模型，并首次揭示了晶體感應(yīng)電流對硅熔體內(nèi)對流和傳熱傳質(zhì)的影響機(jī)制。相關(guān)研究成果以effects of induced current in crystal on melt flow and melt-crystal interface during industrial 300 mm czochralski silicon crystal growth with transverse magnetic field為題，發(fā)表在《晶體生長與設(shè)計(jì)》(crystal growth & design)上。

本工作通過對比三組仿真結(jié)果，系統(tǒng)分析了晶體電導(dǎo)率、磁場強(qiáng)度、晶轉(zhuǎn)速率這三個關(guān)鍵參數(shù)對晶體內(nèi)感應(yīng)電流的影響，進(jìn)而分析了其對熔體對流、溫度分布和界面形狀的影響。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，模型準(zhǔn)確性得以驗(yàn)證。同時(shí)，研究預(yù)測了建模所需的合理的晶體電導(dǎo)率。研究表明，當(dāng)晶體中感應(yīng)電流增加時(shí)，界面下強(qiáng)制對流的驅(qū)動力逐漸從離心力轉(zhuǎn)變?yōu)槁鍌惼澚?，并改變?qiáng)制對流的旋轉(zhuǎn)方向，從而影響固液界面形狀。該研究彌補(bǔ)了傳統(tǒng)模型的忽略晶體感應(yīng)電流的不足，揭示了晶轉(zhuǎn)引起的感應(yīng)電流以及關(guān)鍵工藝參數(shù)對傳熱傳質(zhì)、固液界面等的影響，提高了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，為近零缺陷硅片產(chǎn)品晶體生長技術(shù)的優(yōu)化提供了理論支撐。