机械工程学报

作者：邓世伟, 沈文杰, 陈宇宏, 白天, 梅德庆, 汪延成

单位：1. 浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室 杭州 310058;2. 浙江大学浙江省先进制造技术重点实验室 杭州 310058;3. 浙江晶盛机电股份有限公司 绍兴 310023

关键词：硅外延层,外延生长,化学气相沉积,热流场,反应腔室；

基金：国家自然科学基金(52175522)和浙江省重点研发计划(2020C01034, 2022C01041)资助项目。

硅外延片是大规模集成电路、半导体器件等的基础功能材料，是通过外延反应在单晶硅片上生长均匀的外延薄层。外延层的厚度和电阻率的均匀性控制是硅外延生长的关键技术难题，其生长质量受反应腔室的结构与热流场设计影响较大。基于单片式硅外延生长反应腔室的结构，建立了反应腔内气体输运与外延反应的多物理场仿真模型，分析了腔室结构对热场分布均匀性的影响规律。随后通过数值仿真，研究了载气流量、进气梯度、基座转速等工艺参数对硅外延生长反应过程的影响。随后，开展了反应腔内多测点温度的测试实验，结果表明不同工艺条件下数值仿真预测的温度与实测的温度分布及变化规律相较一致，最大温度预测偏差< 1.2%。基于仿真分析，获得了优化的外延生长工艺参数组合，并开展了200 mm硅外延生长反应实验，测试结果表明硅外延层的厚度不均匀性< 0.76%，电阻率不均匀性< 1.58%，满足集成电路硅片制造所需的外延层高品质生长要求。

来源：2024年第5期

《机械工程学报》期刊编辑部

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