熱CVD装置設計のためのグローバルプロセス解析

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650749
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 佐藤 恒之 九州大学, 機能物質科学研究所, 助教授 (80170760)
• 研究分担者: 秋山 泰伸 九州大学, 機能物質科学研究所, 助手 (10231846) ; 今石 宣之 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (60034394)
• キーワード: CVD / シミュレーション / シリコンエピタキシー / 成膜速度 / 枚葉式

研究概要

本研究では、枚葉式水平コールドウォール熱CVD装置の合理的設計や操作条件最適化のための手法を確立する目的で、装置内移動現象ならびに成膜特性の数値シミュレーションと成膜実験を行う。本年度は、枚葉式シリコンエピタキシャル装置を取り上げ、移動現象の基礎特性、トリクロロシラン-水素系からのシリコンエピタキシャル成長特性ならびに基板回転効果の把握を目的とした解析を行った。
はじめに、2次元数値モデルにより流れ場、温度場および濃度場の関連についてガス流速や、基板温度を変化させて熱流動特性を考察した。その結果、枚葉型装置内では比較的高速で流入したガスは気相中広範囲にわたって低温かつ原料の高濃度に保持された領域を形成すること、またトリクロロシラン-水素からのシリコン析出はLangmuir-Hinshelwood型の表面反応機構のために高濃度のガス供給によって流れ方向の成膜速度の低下は抑えられること、また回転は成膜速度の均一化に効果のあることがわかった。高濃度では高グラスホフ数条件の計算が必要となり、次に3次元計算を行った。3次元解析により円形基板面上の成膜速度分布は気相内に形成される縦渦列の運動に強く影響されることが明らかになった。上昇流の発生する箇所では成膜速度は小さく、一方下降流のあるところでは逆に成膜速度は大きくなった。低成膜速度を示す領域が基板中心部に形成された場合、基板の回転は成膜速度の均一化に寄与しない。したがってこの種の装置ではガス流量・回転速度・ガス濃度の関係を把握することが成膜速度の均一化を達成するために重要であることがわかった。