CONVECTION AND CHEMISTRY EFFECTS IN CVD - A 3-D ANALYSIS FOR SILICON DEPOSITION

Résumé
Le code FLUENT, qui résout les equations de la mécanique des fluides, a été retenu pour simuler le comportement d'un réacteur CVD expérimental de dépôt de Si à géométrie parallélepipédique 3-D. Le code incorporait à la fois les effets des réactions chimiques homogènes en phase gazeuse et hétérogènes en surface, en considérant, pour les espèces prépondérantes impliquées dans la dissociation de SiH₄, des vitesses finies de réaction. Les expériences étaient conçues pour clarifier les effets de la convection naturelle sur la qualité des dépôts de Si. La comparaison des résultats obtenus dans les deux cas d'un gaz porteur compose d'un mélange H₂/Ar ou d'un mélange H₂/He de proportions identiques, sans modifier les réactions chimiques, a permis d'atteindre ce but. La présence de la pésanteur terrestre et l'absence de gravité ont été traitées dans les deux cas. Les résultats sont en bon accord avec les expériences. Les puissants outils numériques fournissent de précieux renseignements sur les phénomènes physicochimiques qui ont lieu dans les réacteurs CVD. A l'avenir, de telles informations promettent d'accroitre la confiance dans la conception et l'optimisation de tels réacteurs.

Abstract
The computational fluid dynamics code FLUENT has been adopted to simulate the entire rectangular-channel-like (3-D) geometry of an experimental CVD reactor designed for Si deposition. The code incorporated the effects of both homogeneous (gas phase) and heterogeneous (surface) chemistry with finite reaction rates of important species existing in silane dissociation. The experiments were designed to elucidate the effects of gravitationally-induced buoyancydriven convection flows on the quality of the grown Si films. This goal is accomplished by contrasting the results obtained from a carrier gas mixture of H₂/Ar with the ones obtained from the same molar mixture ratio of H₂/He, without any accompanying change in the chemistry. Computationally, these cases are simulated in the terrestrial gravitational field and in the absence of gravity. The numerical results compare favorably with experiments. Powerful computational tools provide invaluable insights into the complex physicochemical phenomena taking place in CVD reactors. Such information is essential for the improved design and optimization of future CVD reactors.