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、晶體缺陷調(diào)控等基礎(chǔ)科學問題，進而開發(fā)大直徑單晶晶體生長技術(shù)，實現(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，中國科學院上海微系統(tǒng)所研究員魏星團隊在300mm晶體生長的數(shù)值模擬研究領(lǐng)域取得重要進展。該團隊自主開發(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》(crystal growth & design)上。

本工作通過對比三組仿真結(jié)果，系統(tǒng)分析了晶體電導率、磁場強度、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)合實驗數(shù)據(jù)，模型準確性得以驗證。同時，研究預(yù)測了建模所需的合理的晶體電導率。研究表明，當晶體中感應(yīng)電流增加時，界面下強制對流的驅(qū)動力逐漸從離心力轉(zhuǎn)變?yōu)槁鍌惼澚?，并改變強制對流的旋轉(zhuǎn)方向，從而影響固液界面形狀。該研究彌補了傳統(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。