TEMPERATURES AND FLOWS IN HORIZONTAL EPI REACTORS

Résumé
Dans les réacteurs d'épitaxie horizontaux, des flux importants de gaz porteurs H ₂, N₂, He ou argon sont présents pour entraîner les constituants de croissance chimiquement actifs tels que SiHCl₃, SiH₄ pour la croissance de silicium par CVD ou les espèces de gallium et d'arsenic pour la croissance de GaAs en phase gazeuse. Des flux importants sont nécessaires pour avoir des vitesses de croissance égales sur toute la longueur du tube du réacteur. De cette manière, la dépression de la phase gazeuse est neutralisée. Les flux des quatre gaz porteurs ont été étudiés en détail pour différents types de réacteurs d'épitaxie horizontaux par des techniques de mesures optiques in-situ telles que l'holographie interférentielle. L'analyse des résultats montre clairement l'influence dominante des effets d'entrée, particulièrement importants pour l'argon et l'azote. H₂ et He ont dans des conditions normales des lignes de flux laminaires bien développées,alors que N₂ et Ar donnent en général un mélange de flux turbulents et convectifs, fortement sous-développés en vitesse et en température. Les figures d'interférence rendent possibles le calcul des profils de température dans le tube du réacteur. Cela a été fait pour plusieurs vitesses de flux et types de cellules de reacteurs. Dans ce cas, l'influence de l'effet d'entrée est vu moins clairement : il se manifeste par la présence d'un doigt froid dans le courant gazeux. D'autre part, dans le cas de CVD à basse pression, sont présents simultanément une plus faible pression et de plus grandes vitesses de flux. L'effet de ces paramètres sur les profils des flux est discuté. En plus, quelques calculs de T. Cherepanova donnent les profils de température en fonction des vitesses de flux des processus d'épitaxie. Dans ce cas aussi, l'échauffement du flux gazeux est le principal phénomène rencontré.

Abstract
In horizontal epitaxial reactors high flows are present of the carrier gases H₂, N₂, He or argon which carry the chemically active growth components e.g. SiHCl₃, SiH₄ for silicon growth by CVD or the gallium and arsenic species for the growth of GaAs from the gas phase. High flows are needed in order to achieve equal growth rates along the length of the reactor tube. In this way the depletion of the gas phase is counter acted. For various types of horizontal epitaxial reactors the flow of these four carrier gases has been studied in detail using in situ optical measuring techniques i.c. interference holography. Analysis of the results clearly shows the dominant influence of the so called entrance effects, which, especially are of importance for argon and nitrogen. It appears that H₂ and He under normal conditions will have well developed laminar streamlines, whereas N₂ and Ar nomally will give a mixture of turbulent and convective streams, which are highly underdeveloped qua velocity and temperature. The interference patterns make it possible to calculate the temperature profiles in the reactor tube. This has been done for several flow velocities and types of reactor cells. Here the influence of the entrance effect is most clearly seen : it demonstrates itself as the presence of a cold finger in the gas stream. In low pressure CVD besides the lower pressure also higher flow velocities are present. The effect of these parameters on the flow profiles is discussed. In addition some calculations made by T. Cherepanova are given on temperature profiles as a function of flow velocity for furnace processes. Also here the heating up of the gas stream is the main phenomenon which is encountered.