2005 - Optimierung eines CVD-Reaktors



CVD (chemical vapour deposition) und MOCVD (metalloorganic chemical vapour deposition) sind Methoden zur Herstellung dünner Schichten oder definierter Filme auf Metallen oder Metalloxiden auf Substraten (targets). Diese Techniken werden oft für das Design von Komponenten der Mikroelektronik, wie etwa Dielektrika mit hohen k-Werten für MOS-Halbleiter angewandt. Diese Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Festkörperelektronik der TU-Wien durchgeführt.

Der betrachtete Prozess ist die Abscheidung von ZrO2 in einem Reaktor mit beheizten Wänden. Der Precursor wird durch ein Quartzglasrohr in etwa der Mitte der Achse des Reaktors aufgegeben. Das Substrat liegt auf einem Träger aus Quartzglas. Argon wird verwendet um den Precursor zu transportieren und das Innere des Reaktors zu spülen. Das Reaktivgas ist reiner Sauerstoff.

Um die Abscheidung und Schichtdicke zu optimieren wurden instationäre CFD Simulationen durchgeführt (es wurde der CFD Code FLUENT von Fluent Inc. verwendet). Ein Gitter mit 64000 finiten Volumen wurde für die Berechnungen verwendet und die Gittergenerierung wurde mit GAMBIT (auch von Fluent Inc.) durchgeführt. Die Strömung wurde mit einem laminaren Modell für ein ideales Gas mit multiplen Spezien simuliert. Vereinfachte Reaktionen wurden implementiert, um die thermische Oxidation des Precursors und den Ablagerungsprozess abzubilden. Strahlung wurde mit dem DO (discrete ordinates) Modell berücksichtigt.

Das wichtigste Ergebnis für das Design war ein veränderter Einlass der ein homogeneres Profil der Strömung des Precursors vom Einlass bis zum Target gewährleistet. Die Strömungsstruktur ist verantwortlich für die Verteilung der Schichtdicke auf dem Substrat. Das kann durch einen Düsenkopf, bestehend aus einem kleinen Kegel und einer porösen Platte, um den Druckverlust des Einlasses zu erhöhen, erreicht werden.

Die vorgeschlagene Optimierung für den MOCVD Reaktor wurder konstruiert und wird für weitere Tests am Institut für Festkörperelektronik betrieben.

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