CVD流体解析ソフトPHOENICS CVD

CVD流体解析ソフト「PHOENICS-CVD」概要

CVD装置内の広範囲な振る舞いをシミュレーションするソフトがPHOENICS-CVDです。それは多成分気体の流れと熱伝達をモデル化するもので、ガス間の化学反応と固体表面の化学反応を含みます。さらにプラズマ効果を加えて解くことができます。PHOENICS-CVD は CHAM 社が中心となり、ヨーロッパ共同体の ESPRIT プロジェクトにおいて、 3 次元汎用熱流体解析コード PHOENICS をベースとして、 Siemens（シーメンス：オランダ）、 Fraunhofer Institute（フラウンホーファー研究機構：ドイツ）、 Technical University of Delft（デルフト工科大学：オランダ）、 ASM International （ASMインターナショナル：オランダ）等の協力のもとで開発されましました。

CVD流体解析ソフト「PHOENICS-CVD」主な特徴

・CVD装置内の流れ、熱移動と化学反応計算
・プラズマCVDにも対応（Drift-diffusion model）
・多成分の混合ガスに対応（物性値は自動的に平均化）
・熱幅射（形態係数）
・扱いやすいメニュー機能
・物性値データベース
・化学反応データベース

CVD流体解析ソフト「PHOENICS-CVD」主な解析機能

■基本計算

・定常計算、非定常計算

・直交、円筒、曲線(BFC)座標系

・多成分混合ガスの拡散

・多成分混合ガスの熱拡散

・固体表面の蒸着化学反応

・Surface to Surface 熱輻射（表面間輻射）

・ドリフト拡散モデルによるプラズマシミュレーション

・輸送、熱力学、物性、化学反応等のパラメータデータファイル（CHEMKIN形式）を簡単に追加可能

・簡単なデータの追加

・メニュー形式による簡単なデータセットアップ

■熱移動

熱移動には、対流熱伝達、輻射熱伝達、固体内の熱伝導が含まれます。輻射モデルには、ビュー・ファクター（形態係数）に基づく表面間輻射が含まれます。輻射の効果は、既存のエネルギー式の熱連成解法内に組み込まれます。このモデルでは、透明な気体を模擬するための半透過固体を扱うことが出来ます。表面の光学的物性はデータベースファイルから読み込まれ、これらは温度や波長に依存するように出来ます。

・対流熱伝達	→壁面の境界条件
・輻射熱伝達	→幅射率データベース
・固体内の熱伝導	→物性値データベース

■化学反応

ガス反応速度を計算するために、以下のオプションがあります。表面反応には、Langmuir-Hishelwoodの式かreactive sticking coefficientによる表現のどちらかを選択できます。但し、表面化学は非常に複雑なため標準的には記述しにくい為、ユーザー自身の反応速度の定義をコード化できるようにしてあります。例としてKlejinモデル（タングステン蒸着）とRoenigk Jensenモデル（シリコン蒸着）を含んでいます。吸着成分を含む複雑な表面反応は、ユーザー・コーディングを用いて可能になります。プログラムのコーディング例はgxcvd.for内に記載されています。

・気相反応	→修正Arrheniusの式 →Lindemannの式 →Toreの式
・表面反応	→Langmuir-Hinshelwooｄ（ラングミュア - ヒンシェルウッド）の式 →Sticking Coefficient （付着係数）の式

■プラズマCVD

プラズマのモデル化はドリフト拡散モデルを用いて行います。電子密度、電子温度、複素ポテンシャルの実部と虚部の（拡散）方程式を解くことによりプラズマのシミュレーションを行っています。プラズマは、反応が４つの計算変数の分布に依存することから流れに対して影響しますが、流れはプラズマに影響を及ぼさないこととします。

・電位	∇ (- μ n ∇Φ )=0 - μ n ∇Φ =-i ω Cs( Φ ext - Φ ) （境界条件）
・電子温度	∇ (- κ n ∇ T 0 )=nR 2 ｜ ∇Φ ｜ 2 -nR 3 (T 0 -R 4 ) ∇ T 0 =0 （境界条件）
・電子密度	∇ (-D a ∇ n)=nR 1 exp(-E a /RT 0 ) -D a ∇ n= α n （境界条件）

■応用例

・加熱壁型反応炉内での窒化シリコン膜形成
・冷却型反応炉内での単一ウエハーへのタングステンの蒸着
・RTP炉内でのエピタキシーシリコンの成長
・アモルファスシリコンのプラズマCVD
・高温度縦型CVD反応炉
・RTP炉内でのシリコン/ゲルマニウムエピタキシーCVD
・ポリシリコンのCVD

■流体解析例

・製薬の”クリーンルーム”における空気流れ分析

・プラズマCVD解析（ガス流れ、電子密度/温度、シラン質量分率）

流体解析（流れ場・連成熱解析・化学反応・混相流・プラズマCVD等）を計算可能な3次元汎用熱流体解析ソフト「PHOENICS」の全てをご覧下さい。