Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН

Н. А. Верезуб, А. И. Простомолотов

Проведено численное моделирование течения расплава, переноса тепла и легирующей примеси (фосфор) при выращивании монокристаллов кремния диаметром 200 мм из двойного тигля установки «Редмет−90М». Двойной тигель состоит из коаксиально расположенных тиглей разных размеров — внешнего и внутреннего, в дне внутреннего тигля имеется отверстие диаметром D_o = 6 и 12 мм для втекания расплава из внешнего тигля. В процессе выращивания кристалла сделана досыпка в расплав гранулированного кремния и легирующей примеси вне и внутри внутреннего тигля соответственно. Проанализированы трехмерные особенности вращающегося течения расплава во внутреннем тигле, влияющие на перенос тепла и примеси. Показано, что проблема значительного уменьшения концентрации фосфора в одинарном тигле, вызванная его испарением с открытой поверхности расплава, может быть решена с помощью дополнительного легирования расплава во внутреннем тигле.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты № 10−02−90004 и 11−08−00966).

1. Mateika, D. Czochralski growth the double container technique / D. Mateika, R. Lanrien, M. J. Liehr // J. Cryst. Growth. − 1983. − V. 65. − P. 237—242.

2. Lin, M. N. Further report on dopant segregation control in crystal growth with a wetted float / M. N. Lin, S. Kou // Ibid. − 1994. − V. 135. − P. 643—645.
3. Лебедев, А. П. Гидродинамические процессы в методе Чохральского с плавающим тиглем / А. П. Лебедев, А. В. Орса, В. И. Полежаев, А. И. Простомолотов. − М. : ИПМ АН СССР, 1989. − 52 с. (Препринт № 369).
4. Liu, F. Growth of heavily phosphorus−doped (111) silicon crystals / F. Liu, H. Huanpeng, W. Yimeng, T. Liying // Solid State Phenomena. − 2010. − V. 156/158. − P. 95—99.
5. Верезуб, Н. А. Тепловая оптимизация условий выращивания монокристаллов кремния на установке «Редмет−90М» / Н. А. Верезуб, А. И. Простомолотов // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2010. − № 4. − С. 22—25.
6. Pat. 5474022 US. Double crucible for growing a silicon single crystal / K. Abe, H. Furuya, N. Machida, Y. Arai. 12.12.1995.
7. Гончаров, А. Л. Аппроксимация и численный метод решения трехмерных уравнений Навье−Стокса на ортогональных сетках / А. Л. Гончаров, М. Т. Девдариани, А. И. Простомолотов, И. В. Фрязинов // Математическое моделирование. − 1991. − Т. 3, № 5. − С. 89.
8. Свидетельство о гос. рег. программ для ЭВМ № 2009613989. Программа «CRYSTMO/MARC» для сопряженного теплового моделирования / А. И. Простомолотов, Н. А. Верезуб, Х. Х. Ильясов; ОАО «ГИРЕДМЕТ». Заявл. 27.07. 2009.