[发明专利]一种对多晶硅低压化学气相沉积的模拟仿真方法

说明书

本发明涉及数值模拟仿真技术领域，公开了一种对多晶硅低压化学气相沉积的模拟仿真方法，包括导入反应器的三维几何模型，并进行简化处理，得到简化后的三维几何模型，对简化后的三维几何模型进行网格化，建立网格文件，将网格文件导入模拟软件，设置计算求解器，在计算求解器里选择物理模型并设定单元区域条件和边界条件，在计算求解器里初始化计算流场，开始迭代计算求解，当迭代计算收敛后，得到反应器的气流分布云图、反应器的温度变化云图和化学反应硅的沉积率云图，完成对多晶硅低压化学气相沉积的模拟仿真。本发明缩短了仿真计算周期，保证了仿真结果的准确性，为后期对反应器结构和沉积薄膜均匀性的改进，提供了可靠的数据支撑。

技术领域

本发明涉及数值模拟仿真技术领域，特别是涉及一种对多晶硅低压化学气相沉积的模拟仿真方法。

背景技术

低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition，简称LPCVD)是指在低于一个大气压的条件下进行的化学气相沉积。在新能源技术的LPCVD领域，硅烷热分解以及多晶硅的表面沉积效应是影响反应器内硅片镀膜均匀性效果的直接因素。如果想要得到理想的镀膜效果，就需要对硅烷热分解和多晶硅的表面沉积反应有深入的研究。然而化学热分解反应和气相沉积过程都较为复杂，想要通过实验测量的方法来获得反应器内的化学反应结果以及其他影响成分包括：流体分布特性，热场和压力分布等等是非常困难的。并且，利用软件仿真技术去模拟硅烷热分解现象以及多晶硅的表面沉积现象是完全没有得到实际应用，除了一些研究型论文有介绍模拟仿真所需要的化学公式，推导过程，以及反应率，活化能等参数外，实际应用在工业领域上的例子还是十分缺乏的。

当前的LPCVD模拟过程，其应用不广泛的主要原因还是来源于：一是几何结构复杂，包含数量庞大以及厚度微米级非常薄的硅片(2000片+)，反应器体积庞大，总长度约为3.5米长，最小长度特征为毫米级别(直径约为0.75mm和1.5mm，直通喷淋管上的和环形喷淋管上的细孔)，这样的细孔大概有40-50个。这些复杂的几何结构会引起网格数量的剧增并极大程度地拉长仿真计算周期，所以需要做相应的模型简化和网格优化来满足计算的可行性。二是物理模型复杂(涉及到湍流，辐射传热，低压，化学反应等多种物理化学现象)。三是模型参数的确定难度系数大，很多需要靠实验来获取，例如辐射系数，对流系数，化学反应里的活化能，指前因子，温度指数等等。这些参数可能需要反复模拟计算来得到最优的数值。因此，现有的仿真方法很难得到实际应用。

因此，如何提供一种可以对多晶硅低压化学气相沉积进行模拟仿真的方法，是目前有待解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种对多晶硅低压化学气相沉积的模拟仿真方法，本发明可以提供一个完整的仿真步骤，还可以根据化学反应硅的沉积率计算化学反应硅的均匀性，为后期设计优化提供可靠的数据支撑。

为了实现上述目的，本发明提供了一种对多晶硅低压化学气相沉积的模拟仿真方法，所述方法包括：

导入反应器的三维几何模型；

对所述反应器的三维几何模型进行简化处理，并得到简化后的三维几何模型；

对所述简化后的三维几何模型进行网格化，建立网格文件；

将所述网格文件导入模拟软件，并设置计算求解器；

在所述计算求解器里选择物理模型，其中，所述物理模型包括湍流模型、能量模型、组分模型和辐射模型；

在所述计算求解器里设定单元区域条件和边界条件；

在所述计算求解器里初始化计算流场，并开始迭代计算求解；

当迭代计算收敛后，得到所述反应器的气流分布云图、所述反应器的温度变化云图和化学反应硅的沉积率云图，完成对多晶硅低压化学气相沉积的模拟仿真。