CVDSim｜結晶成長やデバイスのシミュレーション【STRJapan株式会社】

CVDSim

CVDSim for Modeling of Epitaxy
エピタキシャル成長解析用化学反応モデルアドオンモジュール

CVDSim 新着情報

■2013.04.01 CVDSim 製品紹介ページを公開しました。 ■ ■

製品概要

CVDSim は、汎用熱流体シミュレーションソフトウェアであるCFD-ACE+とANSYS Fluent上のAdd-Onとして動作する化学気相エピタキシャル成長 ( CVD,MOCVD, HVPE ) プロセス専用のプログラムです。他に、汎用のソフトウェアが無くてもご利用いただけるCVDSim standaloneバージョンもご用意しています。
ただし、現在StandaloneバージョンはNitride edition, III-V edition, SiC editionの三つに限定されます。
これらは、半導体デバイス製造のためのエピタキシャル成長（薄膜成長）を専門とされているエンジニアや研究者の方にとって最適なシミュレーションツールとなります。CVDSimは、熱流体解析をベースにシリコンカーバイトや窒化物等の化合物半導体のエピタキシャル成長を再現することが出来るため、リアクター形状やプロセス条件の最適化に利用することが出来ます。
関連する化学種のデータベース、CFD-ACE+ のマテリアルデータベース内で設定する気相反応モデル，及びユーザーサブルーチンにより定義されている表面反応モデルを含んでおります。Standaloneバージョンでは、データベースの他に、基本的な条件設定や可視化処理が出来るGUIを実装しております。

製品特長

■各モジュールの紹介

CVDSimは、以下の5つのモジュールをご用意しております。
この中から、実際の成長プロセスに対応したモジュールを選択していただきます。

1.Nitride Edition (add-on, standalone)
　対応薄膜種：GaN, AlN, AlGaN, InGaN, p-GaN
　対応プロセス：MOCVD法

2.III-V Edition (add-on, standalone)
　対応薄膜種：AlGaAs, GaAs,InGaAlP, InGaP, InP
　対応プロセス：MOCVD法

3.HVPE Edition (add-on)
　対応薄膜種：GaN, AlN, AlGaN
　対応プロセス：HVPE法

4.SiC Edition (add-on, standalone)
　対応薄膜種：SiC
　対応プロセス：CVD法、HTCVD法
原料ガス：SiH4, TCS (SiHCl3), DCS (SiH2Cl2) / C3H8

5.Si Edition(add-on)
　対応薄膜種：Si
　対応プロセス：CVD法
　原料ガス：DCS(SiH2Cl2), TCS (SiHCl3)

■各モジュールの特長

III族窒化物半導体エピタキシャル成長専用モジュール

Nitride Edition は、III族窒化物半導体の有機金属気相エピタキシャル成長プロセス(MOCVD)専用のモジュールです。GaN，AlN，AlGaN，InGaN，p-GaNの薄膜種に対応しています。
また、原料ガスは、Gaソースとしてトリメチルガリウム(TMAL)、トリエチルガリウム(TEGa)、Alソースとしてトリメチルアルミニウム（TMAL）、Inソースとしてトリメチルインジウム(TMIn) 、N（窒素）ソースとしてアンモニア(NH3)を考慮しています。
表面反応モデルは、準熱平衡モデルと速度論的モデルを基本とし、比較的低温の反応律速の領域から比較的高温の拡散・脱離律速までの温度領域を考慮する事が可能です。さらに、特長的な機能として格子不整合(lattice mismatch)を考慮する事が出来ます。

[出力結果]
計算結果として、リアクター内の温度分布、対流パターン、成膜速度分布（膜厚分布）、気相中の化学種の濃度分布等を得ることが出来ます。また、気相中の微小粒子の生成やリアクター内壁での寄生付着反応、III族組成、ドーパンﾄ濃度分布（p型不純物）等、窒化物半導体エピタキシャル成長プロセス特有の物理現象をシミュレーションの結果として得ることが出来ます。

図1. GaN成長における気相反応モデル

図2. GaN成長速度(計算値、実験値)のTMGa流量依存性
AIX 2000HT (6x2")PlanetaryReactor

III-V族化合物半導体エピタキシャル成長専用モジュール

III-V Editionは、III-V族半導体の有機金属気相エピタキシャル成長プロセス(MOCVD)専用のモジュールです。AlGaAs，GaAs，InGaAlP，InGaAs，InGaP，InPの薄膜種に対応しています。従来シミュレーションが難しいとされてきた、三元系化合物(AlGaAs)のシミュレーションも行うことが出来ます。
また、原料や考慮しているガス種は図3の通りです。
特別な表面反応モデルを、基板以外の比較的低温な壁における寄生付着（Parasitic deposition）で考慮する事が出来ます。これは、寄生付着においてCH3（メチル基）が表面に付着し、原料ガスの付着をブロックする効果を考慮した速度論的な成長モデルです。

図3. III-V editionで考慮されている薄膜種、及びガス種

[出力結果]
計算結果として、リアクター内の温度分布、対流パターン、成膜速度分布（膜厚分布）、成膜化学種の組成、気相中の化学種の濃度分布等を得ることが出来ます。

CVDSim

図3. ガス流入口付近の温度分布，及び寄生付着速度分布

図4. 基板回転の有無での基板上のAlGaAsの成長速度分布

ハイドライド気相エピタキシャル成長専用モジュール

HVPE Edition は、ハイドライド気相エピタキシャル成長(HVPE)専用のモジュールです。GaN，AlN，AlGaNの薄膜種に対応しています。
また、原料ガスは、GaソースとしてGaCl（塩化ガリウム）、AlソースとしてAlCl（塩化アルミニウム）、N（窒素）ソースとしてアンモニア(NH3)を考慮しています。
また、Ga融液、及びAl固体に HCl（塩化水素）ガスを供給して、融液表面でGaCl、及びAlClが発生する表面反応も考慮する事が出来ます。キャリアガスとしては、H2、N2、Ar を考慮する事が可能です。また、基板での成長以外に、リアクター内壁（石英壁など）での寄生付着も考慮する事ができます。

　図5. HVPE法による GaN成長プロセス

図6. リアクター内の流線、基板上のGaCl、NH3質分率分布

図7. 基板上のV/III比分布、GaN成長速度分布

SiC（シリコンカーバイド、炭化ケイ素）エピタキシャル成長専用モジュール

SiC Edition は，SiC（シリコンカーバイト、炭化ケイ素）の化学気相エピタキシャル成長(CVD,HTCVD) 専用のモジュールです。SiCの薄膜種に対応しています。
また、原料ガスは、SiH4 (シラン)や SiCl4 (四塩化ケイ素)、 TCS (トリクロロシラン)、 DCS (ジクロロシラン) 、C3H8 (プロパン)、キャリアガスとして水素(HTCVD（高温CVD）の場合は Ar や He も対応)を考慮しています。反応モデルの適応温度は1400℃～2200℃で、CVD法、及びHTCVD法（高温CVD）法の両方に対応しています。また、基板上での成長反応だけではなく、成長速度に大きな影響を与える気相中の粒子生成（Si粒子）とその輸送（移流、熱拡散）、及びリアクター内壁（グラファイト壁）での寄生付着やエッチング、塩素を含んだガス種によるエッチングに関しても考慮されています。

図8. CVD法によるSiC成長における気相反応過程

[出力結果]
計算結果として、リアクター内の温度分布、対流パターン、成膜速度分布（膜厚分布）、気相中の化学種の濃度分布、気相中の粒子の密度分布等を得ることが出来ます。

図9. リアクター内の温度分布、SiH2,SiH,Si 濃度分布 (VP2000 5x3” planetary reactor)　

図10. 基板上のSiC成長速度分布（VP2000 5x3” planetary reactor）

Si（シリコン）エピタキシャル成長専用モジュール

Si Edition は、Si（シリコン）の化学気相エピタキシャル成長(CVD) 専用のモジュールです。Si（シリコン）の薄膜種に対応しています。
また、原料ガスはDCS（ジクロロシラン）、TCS（トリクロロシラン）を考慮しています。
成膜プロセスにおける表面反応では、拡散律速に基づいたモデルを考慮しています。同時に、原料ガスの吸着脱着の速度論的なモデルも考慮されています。

図11. CVD法によるSi成長における表面反応過程

[出力結果]
計算結果として、リアクター内の温度分布、対流パターン、成膜速度分布（膜厚分布）、気相中の化学種の濃度分布等を得ることが出来ます。

図12. 基板上のTCS質量分率分布

図13. 基板上の成長速度分布

解析事例

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動作環境

Windows OS, Linux OS環境に対応（事前にご相談下さい）
マシンスペックは計算規模（2D or 3D）に依存しますので、事前にご相談下さい。
弊社から最適なマシンスペックをご提案いたします。

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