馬小康臺灣大學：機械工程學研究所李昱宏2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61047本研究係以RTCVD反應爐中十二吋晶圓表面二氧化矽沈積均勻性為探討目標，以CFD-RC套裝應用軟體為數值模擬工具，本文之目的在找出適當的操作參數對晶圓表面均勻度之影響。本文探討重點在於加熱源溫度、補償燈管溫度、反應爐幾何形狀以及入口雷諾數對於晶圓表面均勻性的影響。幾何形狀方面，區分為入口大小、出口大小、爐腔傾斜角度、入口與晶座距離等四項，討論其對於晶圓表面溫度以及沈積率均勻性的效應。 模擬結果顯示，加熱源溫度能夠有效的提升沈積率，但同時不均勻度也會上升；補償燈管則能夠有效的控制了晶圓表面的均勻度，但仍然有其侷限性，過高過低之補償溫度同樣無法達到理想之均勻性；幾何形狀方面，以入口、出口大小以及入口與晶座距離等三項，對均勻性影響較大；雖說爐腔傾斜角度主要作用在於避免廻流的產生，造成均勻性的降低，但是就本研究顯示，傾斜角度無法有效抑制迴流的產生。The objective of this study is to focus on the uniformity of silica deposited on the surface of wafer 12” for RTCVD reactor design by CFD-RC-based computer simulations. The effect of operational parameters on the uniformity of deposition are studied in detailed. The operational parameters include the temperature of lamps, the temperature of compensatory lamps, the geometry of reactor and the Reynolds number of inlet. The geometry of reactor contains four sub-parameters which include (1)the size of inlet, (2)the size of outlet, (3)the inclined angle of sidewall and (4)the distance between inlet and wafer. The results show that the temperature of lamps may speed up the deposition rate, but decrease the degree of deposition uniformity. The deposition uniformity can be achieved effectively by controlling the compensatory lamps within a limited range of temperature. As regards the geometry, the size of inlet/outlet and the distance between inlet and wafer have great influence on the degree of uniformity of wafer. The main function of the inclined angle on the sidewall is to avoid the recirculation which can decrease the uniformity of wafer. In this study, the inclined angle can’t restrain the recirculation effectively.目錄 目錄 Ⅰ 圖目錄 Ⅲ 表目錄 Ⅴ 中文摘要 Ⅵ 英文摘要 Ⅶ 符號說明 Ⅷ 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究目的 6 第二章 理論模式 7 2.1 快速熱處理製程(RAPID THERMAL PROCESS，RTP)設備簡介 7 2.2 CVD簡介 8 2.3 模擬製程介紹 10 2.4 熱流分析 11 2.4.1 能量守恆定律： 11 2.4.2 熱傳導模式： 11 2.4.3 熱對流模式： 12 2.4.4 熱輻射模式： 13 第三章 數值方法 16 3.1 CFD-RC套裝應用軟體簡介 16 3.2 網格建立 17 3.3統禦方程式 18 3.4離散方法 22 3.5速度及壓力的修正 23 3.6數值模擬求解流程 25 第四章 結果分析與討論 26 4.1基本假設 26 4.2邊界條件設定 27 4.3網格獨立測試 28 4.4瞬時加熱燈管溫度效應 29 4.5 入口雷諾數效應 30 4.6 爐壁傾斜角度效應 32 4.7 入口與晶圓表面距離效應 33 4.8 入口開口大小效應 34 4.9 爐上方出口之開口大小效應 35 4.10反應爐壁補償加熱燈管之溫度效應 36 第五章 結論與建議 38 5.1 結論 38 5.2 建議與未來展望 40 參考文獻 41 圖目錄 圖2.1 (A) 冷壁式RTP爐 45 圖2.1 (B) 溫壁式RTP爐 45 圖2.1 (C) 熱壁式RTP爐【23】 45 圖2.1 (D) RTP爐與設備【24】 45 圖2.2 薄膜沈積過程（A）長晶（B）晶粒成長（C）晶粒聚結（D）縫道填補（E）沈積膜成長【25】 46 圖2.3 CVD反應步驟【25】 46 圖2.4 RTP操作流程 47 圖2.5 模擬機台 48 圖2.6 微小體積晶圓之熱傳圖 48 圖2.7 晶圓表面上之吸收率、反射率及穿透率【29】 49 圖2.8 視角因數示意圖【29】 49 圖3.1 CFD-RC模擬步驟 50 圖3.2 二維計算格點（控制體積）【30】 50 圖3.3 控制體積上的流場統禦方程式【30】 51 圖3.4 灰體上熱輻射之吸收、發散及散射示意圖【30】 51 圖3.5 一階上風法示意圖【29】 52 圖3.6 求解流程圖 53 圖4.1 邊界條件示意圖 54 圖4.2模型格點(27492點) 54 圖4.3不同格點數溫度分佈 55 圖4.4 不同格點數流線圖 56 圖4.5 不同格點數晶圓表面溫度分佈 57 圖4.6 不同格點數晶圓表面沈積速率 57 圖4.7 在不同加熱燈管溫度之RTP反應爐內溫度分佈圖 58 圖4.8 在不同加熱燈管溫度之RTP反應爐內流線圖 59 圖4.9 不同加熱燈管溫度晶圓表面溫度分佈 60 圖4.10 不同加熱燈管溫度晶圓表面沈積速率 60 圖4.11 在不同RE數之RTP顱內溫度分佈圖 61 圖4.12 在不同RE數之RTP爐內流線圖 62 圖4.13 不同入口雷諾數晶圓表面之溫度分佈 63 圖4.14 不同入口雷諾數晶圓表面之沈積速率 63 圖4.15在不同傾斜角之RTP爐內溫度分佈圖 64 圖4.16 在不同傾斜角RTP爐內流線圖 65 圖4.17 不同傾斜角度晶圓表面溫度分佈 66 圖4.18 不同傾斜角度晶圓表面沈積速率 66 圖4.19在不同高度之溫度分佈圖 67 圖4.20在不同高度之流線圖 68 圖4.21 不同入口距離之晶圓表面溫度分佈 69 圖4.22 不同入口距離之晶圓表面沈積速率 69 圖4.23 不同入口大小之溫度分佈圖 70 圖4.24 不同入口大小之流線圖 71 圖4.25 不同入口大小之晶圓表面溫度分佈 72 圖4.26 不同入口大小之晶圓表面沈積速率 72 圖4.27在不同上方出口大小之溫度分佈圖 73 圖4.27(續)在不同上方出口大小之溫度分佈圖 74 圖4.28在不同上方出口大小之流線圖 75 圖4.28(續)在不同上方出口大小之流線圖 76 圖4.29 不同上方出口大小之溫度分佈 77 圖4.30不同上方出口大小之沈積速率 77 圖4.31 在不同補償燈管溫度下之RTP爐內溫度分佈圖 78 圖4.32 在不同補償燈管溫度下之RTP爐內流線圖 79 圖4.33 不同補償加熱燈管溫度，晶圓表面之溫度分佈 80 圖4.34 不同補償加熱燈管溫度，晶圓表面之沈積速率 80 表目錄 TABLE 1流體材料性質 (載體為AR，300K【31】【32】) 81 TABLE 2固體材料性質（晶座為矽材） 81 TABLE 3晶座上熱傳導係數CP(T)之各項係數【29】 813980568 bytesapplication/pdfen-US晶圓均勻性二氧化矽化學氣相沈積TEOSSiO2depositionwaferRTCVDuniformityCVDthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61047/1/ntu-93-R91522113-1.pdf