Modeling and control of an epitaxial reactor

Epitaxy is the growth of a layer which continues the crystal structure of a substrate. The material grown can be the same as the substrate (known as homoepitaxy) or a different material (heteroepitaxy). Homoepitaxial growth by chemical vapor deposition (CVD) is an important process in silicon integrated circuit technology because it makes it possible to grow a lightly doped semiconductor on top of a heavily doped semiconductor. Epitaxial layers are used in bipolar integrated circuits and also in some CMOS (complementary MOS) processes. CVD epitaxy also plays other roles in some advanced semiconductor processes, notably in the fabrication of silicon-on-insulator substrates and elevated source–drain structures. In this thesis, carbide silicon epitaxy is discussed. In particular, firstly it will be explained the structure of an epitaxial reactor and focused on EP106 epitaxial reactor designed and produced by LPE company. Our job consisted in controlling the rotational speed of a rotating disc inside the reactor. In addition to that, a control for the temperature of the reactor was an essential goal given the significant effect of the temperature on the results of the chemical process.

Modellizzazione e controllo di un reattore epitassiale. L'epitassia è la crescita di uno strato che continua la struttura cristallina di un substrato. Il materiale cresciuto può essere lo stesso del substrato (noto come omoepitossi) o un materiale diverso (eteroepitossi). La crescita omeepitaxiale mediante deposizione di vapore chimico (CVD) è un processo importante nella tecnologia dei circuiti integrati in silicio perché consente di far crescere un semiconduttore leggermente drogato sopra un semiconduttore fortemente drogato. Gli strati epitassiali sono utilizzati nei circuiti integrati bipolari e anche in alcuni processi CMOS (MOS complementari). L'epitassia CVD svolge anche altri ruoli in alcuni processi avanzati a semiconduttore, in particolare nella fabbricazione di substrati di silicio su isolante e di elevate strutture di drenaggio della sorgente. In questa tesi viene discussa l'epitassia di carburo di silicio. In particolare, in primo luogo verrà spiegata la struttura di un reattore epitassiale e focalizzata sul reattore epitassiale EP106 progettato e prodotto dalla società LPE. Il nostro lavoro consisteva nel controllare la velocità di rotazione di un disco rotante all'interno del reattore. Inoltre, un controllo della temperatura del reattore era un obiettivo essenziale, dato l'effetto significativo della temperatura sui risultati del processo chimico.