Modélisation du fonctionnement d'un réacteur d'épitaxie à barillet

• Auteur / Autrice : Ercole De Paola
• Direction : Patrick Duverneuil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réactions chimiques

Épitaxie

Dépôt chimique en phase vapeur

Résumé

Ce travail de recherche est realise en collaboration avec la societe epitech, filiale de sumitomo sitix group. Il consiste a apporter des ameliorations aux reacteurs de production par la mise au point d'une modelisation des phenomenes de transfert thermique, d'ecoulement et de transfert de matiere. La societe effectue des depots de silicium epitaxies dopes ou non a partir de trichlorosilane sous atmosphere d'hydrogene dans des reacteurs de cvd (chemical vapor deposition) a barillet fonctionnant a pression atmospherique. L'epitaxie constitue l'une des premieres etapes de la fabrication de composants electroniques. L'operation de depot chimique a partir de la phase vapeur consiste a mettre en contact un ou plusieurs substrats avec un ou plusieurs gaz reactifs dans une enceinte reactionnelle. Les gaz reagissent chimiquement avec les substrats afin de deposer sur ces derniers un film solide. L'objectif de cette recherche est de determiner les origines des heterogeneites en epaisseur des depots obtenus experimentalement et d'apporter des solutions. Le code de calcul estet, reconnu pour son efficacite quant a la determination des ecoulements, est adapte aux traitements des equations de transfert de matiere liees a la chimie complexe du reacteur. Il a ete montre que les ecoulements etablis au voisinage des substrats sont instables a la realisation de depot uniforme. Une etude de plusieurs configurations geometriques d'injection montre qu'aucune amelioration n'est constatee. Une proposition de la modification de l'injection des gaz dans le reacteur a donc abouti a l'adaptation d'une nouvelle methode d'injection sur les reacteurs de production. Les simulations ont permis de determiner les conditions operatoires optimales pour cette nouvelle configuration d'injection. Les reacteurs de production sont actuellement tous equipes de ce nouveau type d'injecteur. Un modele chimique complet integrant a la fois les reactions en phase gazeuse et les reactions de surface est etabli. Les donnees cinetiques correspondantes sont determinees. Une validation du modele est realisee par comparaison avec les profils experimentaux de la vitesse de depot. Il a ete montre que le gaz source de silicium initialement introduit dans le reacteur (sihcl 3) contribue, au plus, a 5% au depot total. Sih 2cl 2 et sicl 2 contribuent, pour leur part, respectivement a 43% et a 52% du depot total. Les reactions chimiques en phase gazeuse sont donc tres importantes pour notre systeme chimique. Au niveau de la surface de depot, des reactions d'equilibre d'adorsption-desorption ont ete considerees pour les especes sources de silicium qui deposent en competition avec l'hydrogene. Une relation importante entre la temperature de la surface du suscepteur et la vitesse de depot est mise en evidence. Les heterogeneites de l'epaisseur des couches realisees sont essentiellement dues au profil thermique non uniforme de la surface de depot. Celui-ci est, a son tour, influence par l'ecoulement du melange gazeux au voisinage du barillet. Les parametres importants du systeme sont donc ceux qui agissent directement sur l'ecoulement.