ROLE OF SHIELD AROUND CRYSTAL IN CZOCHRALSKI PROCESS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The influence of shield around crystal on gas-and hydrodynamics, heat transfer and defects formation in Czochralski silicon crystal growth process is studied by means of mathematical modeling. The domestic silicon crystal growth furnace Redmet-90M is considered, which allows the silicon single crystal growing with 200 mm in diameter and 1.5 m in length. The growth process occurs under argon flow pumping in the rarefied atmosphere of growth camera. High-temperature heating ensures silicon melting in crucible and silicon ingot crystallization by Czochralski pulling from a melt. The mathematical model considers the conjugation of heat exchange and silicon monoxide transfer processes. The effect of shield around crystal on axial temperature distribution in grown single crystal is considered. For dislocation-free single crystals this characterizes the type of forming intrinsic point defects. The international verification results of the shield around crystal influence on axial temperature distribution in the growing crystal for Czochralski crystal growth furnace EKZ-1300 are discussed. Also, the verification results in application to Czochralski crystal growing on EKZ-1600ELMA are presented, which illustrate the application of defect formation theory of V.V. Voronkov in dislocation-free single silicon crystals.

About the authors

N. A. Verezub

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS

Email: verezub@ipmnet.ru
Moscow, Russia

A. I. Prostomolotov

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS

Email: aprosto@inbox.ru
Moscow, Russia

References

  1. Dornberger E., Tomzig E., Seidl A. et. al. Thermal simulation of the Czochralski silicon growth process by three different models and comparison with experimental results // J. Crystal Growth. 1997. V. 180. № 3-4. P. 461–467. https://doi.org/10.1016/S0022-0248(97)00241-8
  2. Prostomolotov A.I., Verezub N.A. Mechanics of crystalline materials production processes. M.: MISIS, 2025. 528 p. https://doi.org/10.61726/8938.2025.84.83.001
  3. Kalaev V.V., Evstratov I.Yu., Makarov Yu.N. Gas flow effect on global heat transport and melt convection in Czochralski silicon growth // J. Crystal Growth. 2003. V. 249. № 1-2. P. 87–99. https://doi.org/10.1016/S0022-0248(02)02109-7
  4. Kim K.-M., Chandrasekhar S. Heat shield assembly and method of growing vacancy rich single crystal silicon // US Patent: No. 5942032. 1999.
  5. Luter W.I., Ferry L.W. Heat shield for crystal puller // US Patent: No. 6053974, 2000.
  6. Ferry L.W., Ishii S. Heat shield assembly for crystal puller // US Patent: No. 6197111. 2001.
  7. Li Y., Gao M., Li J. et. al. Effect of gas flow rate on chemical reactions in Czochralski silicon crystal growth // J. Crystal Growth. 2018. V. 504. P. 56–61. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2018.09.041
  8. Ida Z., Chen J.Ch., Nguyen T.H.T. Numerical simulation of the oxygen distribution in silicon melt for different argon gas flow rates during Czochralski silicon crystal growth process // MATEC Web Conf. 2018. V. 204. 05013. https://doi.org/10.1051/matecconf/201820405013
  9. Su W., Guo R., Li J. et. al. Numerical study on different shapes of heat shields in continuous Czochralski silicon // Silicon. 2025. V. 17. P. 1153–1163. https://doi.org/10.1007/s12633-025-03253-3
  10. Епимахов И.Д., Куцев М.В., Присяжнюк В.П. и др. Выращивание монокристаллов кремния в установке EKZ-1600. Моделирование процесса теплопереноса // Электронная промышленность. 2003. № 3. С. 15–17.
  11. Verezub N.A., Prostomolotov A.I. Mechanics of defects in dislocation-free silicon single crystals // Mechanics of Solids. 2023. V. 58. № 2. P. 383–403. https://doi.org/10.3103/S0025654422601513
  12. Verezub N.A., Prostomolotov A.I. Growth chamber gas dynamics in Cz silicon single crystal growth process // Modern Electronic Materials. 2024. V. 10. № 3. P. 185–193. https://doi.org/10.3897/j.moem.10.3.140627

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».