立式MOCVD反应室中一种刻槽基座的热分析

在立式感应加热的氮化物MOCVD反应室中, 提出了一种刻槽结构的基座;利用有限元法,给出了使衬底温度分布最均匀的槽的位置和大小.与传统的基座相比,这种刻槽优化后的基座,使衬底温度分布的均匀性显著提高.另外,通过对基座温度随加热时间变化的分析,发现刻槽基座的热传导规律,即刻的槽改变了基座中感应产生热量的热传导方向,衬底中的热量是由槽上下基座部分传递而来的,且随时间的增大,基座的温度趋于恒定,衬底的温度趋于均匀,均匀的衬底温度有利于提高生长薄膜的质量.     

PECVD腔室热流场数值仿真研究

等离子辅助化学气相沉积(PECVD)腔室的气流分布、温度分布是影响薄膜沉积工艺均匀性以及沉积速率的重要原因之一.本文对PECVD腔室气流建立连续流体和传热模型,研究了腔室内流场和温度分布特性;讨论了四种不同稳流室结构的PECVD腔室,在加热盘恒温400℃、质量流量5000 sccm、抽气口压力133 Pa的工艺条件下12英寸晶圆片附近上方流速、压力、温度分布情况;选择了其中一种稳流室结构作了多种质量流量( 20 ～ 5000 sccm)入口条件下的流场分析.仿真研究发现:在抽气口位置偏置的情况下,四种不同稳流室结构的腔室内热流场并未出现明显偏置,这表明抽气口偏置对工艺均匀性没有明显影响.加热盘附近上方2 mm处温度场大面均匀、稳定,且随入口质量流量变化波动很小,表现出良好的稳定性;气压分布呈现中心高边缘低的抛物线特征,流速呈现中心低边缘高的线性特征,且晶圆片附近以及喷淋头( Showerhead)入口压力和流速均随着入口质量流量的增加而升高.研究结果对PECVD腔室结构设计及工艺控制具有重要意义.     

管道热丝CVD金刚石膜反应器温度场的数值计算

在热丝化学气相沉积(HFCVD)金刚石膜的传统管道反应器中,对不同传热机制下管道壁温度场的空间分布进行了模拟计算.结果表明,管道壁温度场在纯热辐射机制作用下的分布很不均匀;在绝热和恒温的边界条件下考虑热传导作用后,管道壁温度分布的均匀性大大提高;进一步的热对流作用仅提高管道壁的总体温度,并不显著改变管道壁温度场的均匀性分布.     

大尺寸HVPE反应器托盘温度的数值模拟研究

对大尺寸氢化物气相外延(HVPE)反应器的流场和温场进行二维数值模拟研究,旨在提高托盘表面温度和温度分布均匀性.基准模拟显示,靠近喷头的加热器对托盘温度的影响大于底部加热器,随着加热器功率增大,温度分布均匀性变差.在基准模拟的基础上,提出在反应器底部设置隔热钼屏的托盘升温方法.优化后的模拟显示,托盘温度升高约48 K,而温度均匀性变化不大.在使用4层钼屏的基础上,通过在石墨托盘内部开圆柱槽,显著提高了托盘温度分布均匀性,并使温度进一步提升约5K.     

湍流型水平式APCVD反应器传热特性的研究

本文通过数值模拟以纵向宽高比和横向宽高比分别为10和4的湍流型水平式反应器为例,研究了不同雷诺数(Re)和瑞利数(Ra)下反应器内部的传热问题.结果表明,热对流处于软湍流区时,时均传热量在整个基座横向上分布比较均匀,说明这种湍流型反应器在原则上具有一定的可行性.     

不同工艺参数及喷淋板结构下PECVD热流场分析

建立了PECVD腔室的连续流体和传热模型,通过仿真实验来分析工艺参数和喷淋板结构对PECVD腔室热流场的影响.在典型工艺的基础上,根据单变量原则设计不同的仿真实验来研究工艺参数对晶圆片上方流速、压力及温度分布的影响,结果显示在不同的工艺参数下,流速分布都能够保持线性分布;温度分布波动很小,表现良好的稳定性;压力随径向近似抛物线分布,中心压力高边缘压力低.另外本文设计了两组仿真实验,研究喷淋板不同的流阻分布对热流场的影响,结果显示喷淋板流阻的分布对流速分布有明显的影响,在不同的流阻分布下,加热盘边缘处的流速保持不变,但是流速分布存在一个拐点,拐点前和拐点后流速都近似于直线分布;结果说明能够通过改变喷淋板流阻的分布来调控晶圆上方流速的分布从而获得更高的薄膜工艺均匀性.     

用热壁CVD法在SiC衬底上生长SiCGe合金的热场分析与设计

采用有限元法,对热壁CVD法SiCGe合金生长炉中加热组件的感应加热和温度分布进行了研究.分析了感应线圈匝数和石墨衬托的厚度对磁矢势和温度分布的影响,获取了感应线圈数越多感应生成焦耳热越大且越均匀的结论,得出了随石墨厚度的增加升温速率而增加,相反轴向温度均匀性而变差的设计准则.模拟结果表明选取16匝线圈和10mm左右的石墨壁厚为优化的设计参数.     

Ar气氛下退火处理对6H-SiC晶片表面结构的影响

本文对物理气相传输法生长的三片2英寸掺氮6H-SiC晶片,分别在不同温度下进行退火处理.采用原子力显微镜(AFM)对SiC晶片表面结构进行表征,研究了不同温度和偏角度对SiC晶片表面结构的影响.发现Ar气氛下高温退火处理可以在晶片表面形成规则的台阶条纹,说明Ar气氛下的高温退火处理对SiC晶片表面有一定的刻蚀作用.     

金刚石微粉对SiC机械抛光的影响研究

研究了金刚石微粉对碳化硅晶片表面机械抛光质量及去除率的影响.选取粒径均为W0.5～1μm、粒径分布和形貌不同的3种金刚石微粉,配置3种SiC单晶片机械抛光液.通过纳米粒度仪和扫描电镜分别测试了金刚石微粉的粒度分布和微观形貌.使用原子力显微镜测试了SiC晶片机械抛光后表面粗糙度.金刚石微粉的微观形貌越圆滑,粒径分布越集中,抛光后晶片的表面质量越好.金刚石微粉中单个颗粒的表面棱角有利于提高材料去除率.     

基于建模与优化的MOCVD温度均匀控制

为了提高MOCVD反应室衬底温度均匀性,提出一种基于建模和优化的控制策略.采用神经网络建立反应室温度特性模型,得到输入功率与反应室衬底温度场之间的关系,在此基础上,以温度均匀性为性能指标,采用仿生优化算法对输入功率配比进行优化,实现MOCVD反应室衬底温度的均匀控制.仿真结果验证了所提出方法的有效性.