机械工程学报 ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (5): 209-218.doi: 10.3901/JME.2024.05.209
邓世伟1,2, 沈文杰2,3, 陈宇宏1,2, 白天1,2, 梅德庆1,2, 汪延成1,2
DENG Shiwei1,2, SHEN Wenjie2,3, CHEN Yuhong1,2, BAI Tian1,2, MEI Deqing1,2, WANG Yancheng1,2
摘要: 硅外延片是大规模集成电路、半导体器件等的基础功能材料,是通过外延反应在单晶硅片上生长均匀的外延薄层。外延层的厚度和电阻率的均匀性控制是硅外延生长的关键技术难题,其生长质量受反应腔室的结构与热流场设计影响较大。基于单片式硅外延生长反应腔室的结构,建立了反应腔内气体输运与外延反应的多物理场仿真模型,分析了腔室结构对热场分布均匀性的影响规律。随后通过数值仿真,研究了载气流量、进气梯度、基座转速等工艺参数对硅外延生长反应过程的影响。随后,开展了反应腔内多测点温度的测试实验,结果表明不同工艺条件下数值仿真预测的温度与实测的温度分布及变化规律相较一致,最大温度预测偏差< 1.2%。基于仿真分析,获得了优化的外延生长工艺参数组合,并开展了200 mm硅外延生长反应实验,测试结果表明硅外延层的厚度不均匀性< 0.76%,电阻率不均匀性< 1.58%,满足集成电路硅片制造所需的外延层高品质生长要求。
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