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Analysis of Growth Mechanisms in CVD/ALD Processes by a Fusion of Molecular Fluid Engineering and Reaction Engineering

融合分子流体工程和反应工程分析 CVD/ALD 工艺中的生长机制

基本信息

批准号：
20J20915
负责人：
上根直也
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J20915/
关键词：
Molecular Dynamics ReaxFF Atomic Layer Deposition Boron Nitride Semiconductor Process Simulation DFT ReaxFF MD CVD ALD Thin Film Growth Silicon Germanium

项目摘要

我々は，CVD/ALD法における反応動力学現象の理解を通じて，その表面反応機構の解明を目的としている．本年度は，BCl3およびNH3を用いてBNを成膜するALDプロセスにおける成膜機構の解明に向けて，密度汎関数（DFT）法および反応性力場分子動力学法（ReaxFF MD法）による数値シミュレーションを行った．まず，ALDプロセスに含まれる基本的な表面反応機構をDFT法によって推定した．(a) OH終端Si(100)表面でのBCl3反応，(b) Cl終端Si(100)表面でのNH3反応，(c) NH終端BN表面でのBCl3反応，(d) Cl終端BN表面でのNH3反応の合計4つの反応について気体分子の物理吸着から副生成物の脱離に至るまでのエネルギーダイアグラムを求めた．その結果，反応 (c) が反応全体の中で最も高い活性化エネルギーを示し，BCl3系でのALDウィンドウの下限を律速している重要な反応であることが明らかとなった．この反応 (c) の活性化エネルギーの値は，これまでの理論および実験による先行研究と良い一致を示した．次に，BCl3およびNH3を用いてBN薄膜を成膜するALDプロセスにおいて基板温度が動力学と化学反応の両方を同時に含む表面反応機構および成膜機構に及ぼす影響を理解するためにReaxFF MDシミュレーションを実施した．DFT法で求めたデータに対して，ReaxFFに含まれる各種パラメータを最適化することで力場開発を行った．新たに開発された力場を用いて，表面に対してBCl3およびNH3を連続的に入射することで成膜シミュレーションを行った．BNは成膜初期においては3次元的なクラスター成長と2次元的な成長が混合していることが示唆された．このような初期成膜機構は，熱運動によって気体分子が表面拡散する現象を考慮することで初めて明らかとなった．

We hope that the CVD/ALD method can be used to understand the dynamic phenomena of the reaction and to clarify the mechanism of the surface reaction. This year, BCl3 and NH3 were used to form BN films. The ALD film formation mechanism was studied by DFT method and ReaxFF MD method. The ALD method includes the basic surface reflection mechanism and DFT method. (a)OH terminal Si(100) surface BCl3 reaction,(b) Cl terminal Si(100) surface NH3 reaction,(c) NH terminal BN surface BCl3 reaction,(d) Cl terminal BN surface NH3 reaction total 4 As a result, reaction (c) is the most active reaction among all reactions, and BCl3 is the most important reaction among all reactions. The activation of this reaction (c) is a matter of theoretical and practical study. BCl3 and NH3 are used to form BN films. The substrate temperature, kinetics and chemical reactions are also discussed. The surface reaction mechanism and film formation mechanism are also discussed.DFT method is used to optimize the surface reaction mechanism. The new development of the field of BCl3 and NH3 in the initial stage of film formation, the three dimensional growth and the two dimensional growth. The mechanism of initial film formation is to consider the phenomenon of thermal motion and molecular dispersion on the surface.

项目成果

期刊论文数量（23）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Reactive Force-Field Molecular Dynamics Study of the Silicon-Germanium Deposition Processes by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition

DOI：
10.23919/sispad49475.2020.9241688
发表时间：
2020-09
期刊：
2020 International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices (SISPAD)
影响因子：
0
作者：
Naoya Uene;T. Mabuchi;M. Zaitsu;Shigeo Yasuhara;T. Tokumasu
通讯作者：
Naoya Uene;T. Mabuchi;M. Zaitsu;Shigeo Yasuhara;T. Tokumasu

Reactive Force-Field Molecular Dynamics Study of the Effect of Gaseous Species on Silicon-Germanium Alloy Growth by PECVD Techniques

气态物质对PECVD技术生长硅锗合金影响的反应力场分子动力学研究

DOI：
10.1109/sispad54002.2021.9592596
发表时间：
2021
期刊：
Proceedings of the 2021 International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices
影响因子：
0
作者：
N. Uene;T. Mabuchi;M. Zaitsu;S. Yasuhara;and T. Tokumasu
通讯作者：
and T. Tokumasu

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