文獻來源

標題：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. 南昌大學物理與材料學院 南昌

2. 江西漢可泛半導體技術有限公司 九江

DOI：10.13922/j.cnki.cjvst.202408012

關鍵詞

熱絲化學氣相沉積 熱流場 工藝參數 鍍膜均勻性

摘要

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

采用熱絲化學氣相沉積法在低氣壓環境下制備大面積非晶硅薄膜的工藝涉及復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構與鈍化性能關系的實驗分析上 ，本文對實驗所用的HWCVD反應腔室進行三維建模仿真， 分析了熱絲排布對反應室內部溫度場和流場分布影響。 

研究方法

以常規工藝參數為基準，遵循單一控制變量原則，設計系列試驗分析了不同熱絲工藝參數對基底表面溫度和氣體流速的具體影響，通過優化進氣管的結構和布局，探討了控制進氣管進氣流量均一性及進氣點位對流場分布變化的影響。

1.1 反應室結構模型，圖1為HWCVD反應腔室的簡化三維模型圖。

為了綜合評定平面內氣體流速均勻性好壞，因此引進數學統計中的變異系數作為評價基底附近氣體流速均勻性的指標。

2.1 熱絲根數對 HWCVD 腔室熱流場的影響 

每增加一根熱絲使熱絲陣列范圍內溫度升高，進而使基底表面溫度升高。熱絲數量的增加明顯改變了腔內溫度場的分布，使基底表面氣流均勻性降低。適當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 

間距過大反而會導致流速均勻性降低，在生產中控制熱絲間距大小時應同時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系，兩者間距過大或過小均不利于沉積優質薄膜。

同時組合Ⅱ下熱絲陣列附近流速標準差降低，流速均勻性增強， 熱絲陣列邊緣四角流速降低，中心流速升高，因氣流從進氣管流出后直接流向熱絲附近。

結論 

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

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