Μελέτη της χημικής απόθεσης χαλκού και αλουμινίου από ατμό

Abstract

Στην εργασία εξετάζεται η χημική απόθεση χαλκού και αλουμινίου από ατμό τόσο μέσω πειραμάτων όσο και με προσομοιώσεις και υπολογιστική ανάλυση. Σκοπός της εργασίας είναι η εξαγωγή διαγραμμάτων ρυθμού απόθεσης υμενίων χαλκού και αλουμινίου πάνω σε υποστρώματα καθώς και διαγραμμάτων Arrhenius βασιζόμενα στο ρυθμό απόθεσης. Τα διαγράμματα αυτά προκύπτουν από τη διεξαγωγή πειραμάτων αλλά και από τη διεξαγωγή υπολογιστικών προσομοιώσεων. Η μελέτη της χημικής απόθεσης αλουμινίου από ατμό είναι συνέχεια πρόσφατης εργασίας, τόσο για το πειραματικό μοντέλο όσο και για τις υπολογιστικές αναλύσεις. Μέσω των υπολογιστικών αναλύσεων εξετάζεται στην παρούσα εργασία η κινητική Arrhenius που χρησιμοποιεί ο υπολογιστικός κώδικας Fluent, για να εφαρμοστεί στη συνέχεια στο υπολογιστικό μοντέλο της χημικής απόθεσης χαλκού από ατμό. Τα πειράματα διεξήχθησαν στην Τουλούζη της Γαλλίας στο "Master Reactor" του εργαστηρίου Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux (CIRIMAT) του πανεπιστημίου Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT) μόνο για το χαλκό, ενώ για το αλουμίνιο χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα πειραμάτων που είχαν πραγματοποιηθεί παλαιότερα στον ίδιο αντιδραστήρα. Οι υπολογιστικές προσομοιώσεις έγιναν με τη χρήση του υπολογιστικού κώδικα Fluent. Στην εργασία επιχειρείται προσαρμογή του ρυθμού αντίδρασης, ώστε να επιτυγχάνεται καλύτερη προσέγγιση των πειραμάτων. Παρουσιάζεται ο ρυθμός απόθεσης του χαλκού και του αλουμινίου κατά μήκος του υποστρώματος (wafer) και τα συγκριτικά διαγράμματα Arrhenius των υπολογιστικών προσομοιώσεων και των πειραμάτων.

In this thesis the Chemical Vapor Deposition (CVD) of copper and aluminum is studied, through experiments and computational simulations. In particular the deposition rate of these two materials on the surface of wafers is measured and theoretically predicted. Copper deposition is studied trough experiments and computational simulations. The aluminum deposition is simulated in order to validate the model with existing experimental results. The experiments were carried out at the reactor CMA of the Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux (CIRIMAT) in Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT). For the computational simulations the code FLUENT was used. The results include the fitting of the pre-exponential factor in the reaction rate so as to get a reasonable agreement of theoretically predictions with experimental measurements. The deposition rate along the wafer and the comparative Arrhenius plots for computational simulations and experiments are presented.