Fluiddynamische Grundlagenmodellierung von Silizium-CVD-Anlagen

Hochschulschrift

Zusammenfassung: Die Dissertation beschäftigt sich mit dem Aufbau eines Kinetikmodells zur CFD-Berechnung der Si-Abscheiderate von Hochtemperatur-Silizium-APCVD-Anlagen, sowie der CFD-Modellierung einer laminar und einer turbulent durchströmten Reaktionskammer.Ausgehend vom Stand der Wissenschaft wurden die Hauptreaktionspfade der Si-APCVD mit den Reaktionsgasen SiCl4, SiHCl3 und H2 bei 1100°C identifiziert und in einer UDF für die CFD-Software Ansys Fluent 15 umgesetzt. Dem Chemiemodell wurde eine Gasphasendissoziation der primären Precursoren in die zentrale Gasphasenspezies SiCl2 zugrunde gelegt. An den Oberflächen des Reaktors chemisorbierte die Gasphasenspezies und wurde in die mobile Oberflächenspezies SiCl* überführt. Aus der anschließenden Dekomposition von SiCl* resultierte die Abscheidung von kristallinem Silizium auf den Substratoberflächen. Dabei folgte der modellierte Oberflächenreaktionsmechanismus dem Modell nach Eley-Rideal. Die wesentliche Erweiterung des Chemiemodells zu bestehenden Modellen der Literatur bestand in einer adaptiven Berechnung der Oberflächenrückreaktion von Silizium zu SiCl2. Vergleiche zwischen experimentell erzielten und modellierten Si-Abscheideprofilen bestimmten die durchschnittliche Abweichung der CFD-Simulation auf etwa 45 %.In der laminar durchströmten Reaktionskammer des Si-APCVD-Reaktors waren die Strömungsverhältnisse durch eine vollständig ausgeprägte Hagen-Poseuille-Strömung gekennzeichnet. Der Stofftransport erfolgte diffusiv und wurde durch die laminare Grenzschicht bestimmt. Es konnten zwei Limitierungsfaktoren bei 1100 °C Prozesstemperatur und einem Cl/H-Verhältnis von 3,1 % identifiziert werden. Im vorderen Teil der Reaktionskammer bestimmte der diffusive Stofftransport die Si-Abscheideraten, während im hinteren Teil nativ gebildetes HCl die Si-Abscheiderate bestimmte. Experimente und CFD-Berechnungen mit dem Precursor SiHCl3 konnten durch parasitäre Si-Abscheidungen keine höhere Si-Abscheideraten als der Precursor SiCl4 erreichen.

Object Details

• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Deutsch
• Notes: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Dissertation, 2016

Classification and Topics

• Classification: Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
• Keyword: Silicium ; Modellierung ; Numerische Strömungssimulation ; CVD-Verfahren ; Silicium ; Strömungsmechanik ; Modellierung ; Mathematische Modellierung ; Maschinenbau ; Reaktionskinetik

Contributors, Places and Time

• Event: Veröffentlichung
• (where): Freiburg
• (who): Universität
• (when): 2016
• Creator: Pócza, David
• Contributor: Fiederle, Michael ; Hillebrecht, Harald ; Willeke, Gerhard P.

Further information

• DOI: 10.6094/UNIFR/11135
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-111354
• Rights: Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 14.08.2025, 11:02 AM CEST