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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 are here to understand the phenomenon of reaction dynamics using CVD/ALD method, and to understand the purpose of understanding the surface reaction mechanism. This year, BCl3 and NH3 are film-forming machines using BN and ALD films. The structure is explained by Haru Mukai, the Density FFT method and the Reflexive Force Field Molecular Dynamics method (ReaxFF). MD Methodまず, ALD プロセスに contain まれるBasic な surface reflection mechanism をDFT method によって estimation した． (a) OH-terminated Si(100) surface reacts with BCl3, (b) Cl-terminated Si(100) surface reacts with NH3, (c) NH-terminated BN surface reacts with BCl3, (d) The Cl terminal BN surface reacts with NH3 and reacts with a total of 4 reactants. The by-products of the principle are absorbed and separated from each other.そのresult, reaction (c) Among all the reactions, the highest activation level is shown, BCl3 series ALDウィンドウの Lower limit を法速しているimportant な Reflection であることが明らかとなった.この Reflection (c) のActivation エネルギーの値は, これまでの Theory および実験による Advance Research とGood い Consistent を Show した. Secondly, BCl3 and NH3 are used to form BN thin films and ALD is used to form NH3 films. The substrate temperature is kinetics. The chemical reaction method also includes a surface reaction mechanism, a film-forming mechanism, and an understanding of the influence of ReaxFF. MD シミュレーションを実士した． The DFT method is used to find the optimal force field, and the ReaxFF method is to optimize the force field opening and closing of various structures. The new force field is opened and the surface is opened. BCl3 is used. H3's にincident することでfilm-forming シミュレーションを行った. BN is in the early stage of film formation, and the 3-dimensional なクラスター growth is mixed with the 2-dimensional な growth and していることがshows the instigation of された.このようなInitial film formation mechanism は, thermal motion によって気molecules がsurface scattering するphenomenon することでInitial めて明らかとなった．

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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