熱 CVD 解析適用事例

適用事例

CFD-ACE+ を使用しての
熱 CVD 解析適用事例

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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

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


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


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®

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

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

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）

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


エピ成長化学反応モデルの紹介


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

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


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
 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 ）


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
 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


CVD 法および HTCVD 法での SiC エピ成長反応モデル

CVD 法および HTCVD 法での SiC エピ成長反応モデルの提供
 気相中でのナノパーティクル生成
 リアクター壁面における寄生成長とエッチング

温度勾配（上）
vs
シリコンパーティクル（下）
( CVD 法 )


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
 リアクター壁面における寄生成長

HVPE リアクター
（ Al(Ga)N ）

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
 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


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