文獻(xiàn)來源

標(biāo)題：The Uniformity Control Mechanism of Large Area Vacuum Coating Based on Low Pressure CVD Method

作者:黃宇鵬1 袁吉仁1* 黃海賓2*

1. 南昌大學(xué)物理與材料學(xué)院 南昌

2. 江西漢可泛半導(dǎo)體技術(shù)有限公司 九江

DOI：10.13922/j.cnki.cjvst.202408012

關(guān)鍵詞

熱絲化學(xué)氣相沉積 熱流場 工藝參數(shù) 鍍膜均勻性

摘要

在熱絲化學(xué)氣相沉積法大面積均勻沉積非晶硅薄膜時(shí)，利用CFD流體仿真軟件，對反應(yīng)室腔體建立了精確的連續(xù)流體和傳熱模型。通過綜合優(yōu)化熱流場分布，非晶硅薄膜的膜厚均勻性降低至5%以下，薄膜質(zhì)量和性能顯著提高。

采用熱絲化學(xué)氣相沉積法在低氣壓環(huán)境下制備大面積非晶硅薄膜的工藝涉及復(fù)雜的多物理場的相互作用。目前，對HWCVD法沉積非晶硅薄膜的研究主要集中在鈍化效果及其結(jié)構(gòu)與鈍化性能關(guān)系的實(shí)驗(yàn)分析上 ，本文對實(shí)驗(yàn)所用的HWCVD反應(yīng)腔室進(jìn)行三維建模仿真， 分析了熱絲排布對反應(yīng)室內(nèi)部溫度場和流場分布影響。 

研究方法

以常規(guī)工藝參數(shù)為基準(zhǔn)，遵循單一控制變量原則，設(shè)計(jì)系列試驗(yàn)分析了不同熱絲工藝參數(shù)對基底表面溫度和氣體流速的具體影響，通過優(yōu)化進(jìn)氣管的結(jié)構(gòu)和布局，探討了控制進(jìn)氣管進(jìn)氣流量均一性及進(jìn)氣點(diǎn)位對流場分布變化的影響。

1.1 反應(yīng)室結(jié)構(gòu)模型，圖1為HWCVD反應(yīng)腔室的簡化三維模型圖。

為了綜合評定平面內(nèi)氣體流速均勻性好壞，因此引進(jìn)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)中的變異系數(shù)作為評價(jià)基底附近氣體流速均勻性的指標(biāo)。

2.1 熱絲根數(shù)對 HWCVD 腔室熱流場的影響 

每增加一根熱絲使熱絲陣列范圍內(nèi)溫度升高，進(jìn)而使基底表面溫度升高。熱絲數(shù)量的增加明顯改變了腔內(nèi)溫度場的分布，使基底表面氣流均勻性降低。適當(dāng)控制邊緣熱絲間距不僅能降低溫差， 還有利于增加氣體流速均勻性。

2.2 熱絲間距對 HWCVD 腔室熱流場的影響 

間距過大反而會(huì)導(dǎo)致流速均勻性降低，在生產(chǎn)中控制熱絲間距大小時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮間距對溫度和流速的影響。

2.3 熱絲距基底高度對HWCVD 腔室熱流場的影響

熱絲距基底高度的增加，基底表面溫度降低，薄膜對硅片的鈍化效果和基底表面氣體流速與熱絲距基底高度有明顯的關(guān)系，兩者間距過大或過小均不利于沉積優(yōu)質(zhì)薄膜。

同時(shí)組合Ⅱ下熱絲陣列附近流速標(biāo)準(zhǔn)差降低，流速均勻性增強(qiáng)， 熱絲陣列邊緣四角流速降低，中心流速升高，因氣流從進(jìn)氣管流出后直接流向熱絲附近。

結(jié)論 

（1）在多種工藝參數(shù)下溫度分布保持線性波動(dòng)，顯示出良好的熱穩(wěn)定性；流速為小范圍波動(dòng)，呈現(xiàn)中心流速低，邊緣流速高的分布特征；合理的進(jìn)氣口流速和分布設(shè)計(jì)可以確保反應(yīng)氣體在沉積室內(nèi)均勻分布，減少因氣體流動(dòng)不均導(dǎo)致的薄膜厚度差異。通過綜合優(yōu)化熱流場分布，非晶硅薄膜的膜厚均勻性降低至 5 % 以下，薄膜質(zhì)量和性能顯著提高。

（2）在彌散管外增設(shè)擋管能夠有效控制進(jìn)氣孔氣體流速，能夠調(diào)整進(jìn)氣管位置使熱絲平面流速標(biāo)準(zhǔn)差下降，顯著降低熱絲陣列附近流速差，提升氣體流速均勻性控制。