利用计算流体动力学研究热壁水平SiC外延过程中最佳衬底旋转速度

《Canadian Journal of Chemical Engineering》：Optimal susceptor rotation speed in hot-wall horizontal SiC epitaxy using computational fluid dynamics

硅 carbide（SiC）化学气相沉积（CVD）工艺中，基于计算流体动力学（CFD）模型优化支撑体转速以实现8英寸SiC外延层厚度均匀性。研究采用欧拉法分析氢气、氮气、乙烯和三氯硅烷混合气体在高温（700-1700℃）条件下的流动特性，通过网格收敛性验证和k-ε湍流模型选择确保计算精度，发现Rossby数（Ro）表征的科里奥利力与惯性力比值影响气体浓度分布均匀性，最佳支撑体转速为200rpm，可最大降低浓度不均指数。摘要通过CFD建立可靠工艺优化框架。

　　

摘要

碳化硅（SiC）半导体因其高热导率和宽禁带而成为高温、高功率和高频电子设备的关键材料。在化学气相沉积（CVD）反应器中形成均匀的SiC外延层对于保证稳定的电性能和提高晶圆生产效率至关重要。本研究采用欧拉计算流体动力学（CFD）模型，对一种定制设计的hot-wall水平SiC-CVD工业规模反应器内的流体动力学和浓度分布进行了分析，以优化基座旋转速度，从而实现8英寸SiC外延层的均匀厚度。反应器进气混合物（H?、N?、C?H?、SiHCl?）在700°C时进入，并被预热至1200°C。一个8英寸的晶圆放置在旋转速度为0–300 rpm的基座上，并被加热至1700°C。网格收敛性指数分析验证了网格的可靠性。在四种湍流模型中，可实现的k-ε湍流模型提供了最高的精度。CFD计算得到的SiHCl?浓度结果与实验测得的SiC薄膜厚度分布非常吻合。罗斯贝数（Ro）表示科里奥利力与惯性力的比值，它解释了在高旋转速度（250和300 rpm）下旋流的形成，这种旋流降低了SiHCl?浓度的均匀性。CFD计算结果表明，最佳旋转速度为200 rpm，可以最大化SiC薄膜的均匀性。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。