熱 CVD 解析適用事例

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弊社は,シミュレーションソフトウェアの販売および技術サポートの他,受託解析やコンサルティングワークも承っております。

また,ソフトウェアの評価として,ベンチマークテストや評価ライセンスの提供も行っております。

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熱 CVD 解析適用事例

  1. 1. 適用事例 CFD-ACE+ を使用しての 熱 CVD 解析適用事例 Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 1
  2. 2. 熱 CVD概要 流体計算と 熱・輻射・電磁気・化学反応などの連成解析により 様々なタイプの熱 CVD 装置解析に対応 専用のプリ・ポストプロセッサにて 装置形状カスタマイズから成膜速度評価・可視化まで可能 装置の温度分布から チャンバー内の流速分布・化学種の濃度分布評価が可能 成膜速度,薄膜の均一性評価が可能 Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 2
  3. 3. 熱 CVD 機能構成 Heat transfer ・伝熱 ・強制/自然対流 ・共役熱伝達 Chemistry ・Thermal Gap モデル Flow ・混合気体(熱力学データ) ・層流/乱流 ・化学種の輸送 多成分系拡散 熱拡散Electrostatics and 連成解析 ・気相反応 アレニウス型Electromagnetics ・表面反応・誘導加熱 アレニウス型・抵抗加熱 Sticking coefficient model Radiation 触媒反応 ・StoSモデル ・DOM ・モンテカルロ(MC)法 Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 3
  4. 4. 熱 CVD得られる結果 流れ場と化学種の濃度分布 反応炉内の温度分布 各種気相反応と表面反応レートの詳細 成膜速度分布 Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 4
  5. 5. 適用事例AIX2000HT (Aixtron)MOCVD 装置の設計ツールとして CFD-ACE+ の利用例 AIX2000HT 7x2" Planetary Reactor® Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 5
  6. 6. AIX2000HT (Aixtron)回転基板上の熱解析例 反応炉内の様々な温度分布解析が可能 回転基板 その一つとして, 回転基板上の温度分布解析が可能解析結果 基板に接した外周壁面は, 周方向に不均一な温度分布となっているが 基板を回転することで 外周壁面は温度固定条件 均一な温度分布が得られる 特に,100 rpm では 回転基板の温度分布が十分に均一となる 0 rpm 100 rpm 装置形状のうち 外周壁面と基板形状のみをモデル化して 回転数による 温度分布の変化のみの解析が可能 1 rpm 基板の回転数 Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 6
  7. 7. AIX2000HT (Aixtron)誘導加熱による温度分布解析例 誘導加熱による温度分布解析には Graphite susceptor Reaction chamber 電磁モジュールと熱モジュールの連成が Inlet Wafer 必要 コイル・基板およびその周辺形状を加えた 詳細な形状モデルでの解析が必要解析結果 Fig.1 導電性基板表面において 渦電流によりベクトルポテンシャルが 減衰していることが分かる Fig.2 この渦電流により, Fig.1 磁気ベクトルポテンシャル分布 (Aq) ジュール熱が発生し基板温度が上昇する。 [K] ウェハー上の温度分布は, ±1 ℃ 内に保たれている 電磁モジュールと熱モジュールを連成することで 電磁誘導による渦電流の発生と, 生じるジュール熱による温度変化を 解析することが可能 コイル形状や位置による 温度分布の変化を解析可能 Fig.2 得られた温度分布 Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 7
  8. 8. AIX2000HT (Aixtron)原料ガス輸送流路最適化例 利用効率と,成膜速度の均一性向上には 適切に原料ガスを輸送することが重要 特に, 成長速度に影響を与える III 族原料ガスを 最適に導入する必要がある ウェハー上に到達するまでに, 注入口付近で寄生成長が生じたり, 逆にウェハーより下流側に多く輸送され ガス導入部における気体のフローパターン 原料のロスが生じることは 避けなければならない III-V 族原料ガスの混合を遅らせることで, 導入口付近での原料ガスの分解反応が 生じず,寄生成長を抑制することが可能 この様な,原料ガス供給経路の開発を 実験的に行うには時間とコストが 非常にかかるため限られてしまうが, CFD-ACE+ を用いることで より多くの形状を試すことが可能 流れの様子と原料ガスの分布 (流入量に対するNH3 濃度の変化) Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 8
  9. 9. AIX2000HT (Aixtron)反応炉解析で分かること ガス導入部 流 線 ウェハー TMGa:NH3 石英壁 質量分率ガス排気口 Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 9
  10. 10. エピ成長化学反応モデルの紹介 Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 10
  11. 11. 適用範囲適用範囲は,結晶にもよるが,広範囲にわたり適用可能 リアクター Horizontal, Planetary, Showerhead, Turbodisc, Home-made など 圧力 低圧から大気圧まで 温度 低温から高温まで Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 11
  12. 12. 対応する成長法と成膜種 MOCVD 法での窒化物系エピ成長反応モデル MOCVD 法でのⅢ-Ⅴ 族系エピ成長反応モデル CVD や HTCVD 法での SiC エピ成長反応モデル HVPE 法での GaN, AlGaN, AlN エピ成長反応モデル CVD 法でのシリコンエピ成長反応モデル Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 12
  13. 13. MOCVD 法での窒化物系エピ成長反応モデルMOCVD 法での窒化物系エピ成長反応モデルの提供  各種気相反応と反応レートの詳細  成膜速度分布  気相中のナノパーティクル生成  リアクター内壁での寄生成長  合金組成  対応する材料  GaN  AlN  AlGaN  InGaN  p-GaN 気相反応経路 ( GaN ) Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 13
  14. 14. MOCVD 法での Ⅲ-Ⅴ 族系エピ成長反応モデルMOCVD 法によるⅢ-Ⅴ族系エピ成長反応モデルの提供  各種気相反応と反応レートの詳細  成膜速度分布  化合物の不整合歪みの効果  リアクター内壁での寄生成長  対応する材料  GaAs  InP  AlGaAs  InGaAs  InGaP  InGaAlP  対応する基板  GaAs  InP Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 14
  15. 15. HVPE 法での GaN, AlGaN, AlN エピ成長反応モデルHVPE 法での GaN, AlGaN, AlN エピ成長反応モデルの提供  各種気相反応と反応レートの詳細  成膜速度分布  リアクター壁面における寄生成長 HVPE リアクター ( Al(Ga)N ) Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 15
  16. 16. CVD 法でのシリコンエピ成長反応モデルCVD 法でのシリコンエピ成長反応モデルの提供  各種気相反応と反応レートの詳細  成膜速度分布  リアクター壁面における寄生成長とエッチング 表面反応モデル Copyright © 2011 Wave Front Co.,Ltd All Rights Reserved. 16

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