シリコン新素材の理論的量子反応設計

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本重点領域研究「知能の極限集積化」平成8年度の公募研究「シリコンデバイス新素材の反応設計の量子化学」の成果をふまえ、ウルトラクリーン化技術によって創製される新機能発現シリコンデバイス新素材の構造、物性、反応性を、量子化学に基づく理論化学的手法を用いて解明し、予測する研究を行った。特に、極限集積化LSI製造のキ-テクノロジーとなっているTiNやTi/Alヘテロ界面の化学結合の詳細ならびにCVDプロセスにおける反応性の解明に関する超高精度・超高信頼性量子化学ab initio計算を行い、その化学的改変及び界面形成の最適条件を見いだす研究を行った。具体的には、平成8年度に行った(1)p型ド-ピングを施したSi表面、Hで終端されたSi表面、Fで終端されたSi表面およびSiO_2表面上のSiH_4、Si_2H_6ガスの熱分解、(2)Alの選択的CVD、および(3)極薄SiO_2膜形成過程の量子化学的研究を深化発展させ、加えて(4)F原子やF分子とHで終端されたSi(111)表面、(5)バリアメタルとしてのTiNやTi/Alヘテロ界面の化学結合の詳細やエッチングプロセス、CVDプロセスにおける反応性の解明を系統的に行った。更に、化学反応性をより定量的に理解する新たな方法として、我々独自の化学反応の領域密度汎関数理論も援用するために、必要な計算プログラムの開発を行った。以上を要するに、平成9年度においては、新たな機能を有する材料設計のための界面量子化学とでも呼称すべき新しい学問の礎を築き、触媒反応設計、疑縮系反応設計、固体表面界面反応設計・物性制御に向けての理論的指針を具体的に与えることを目標とした研究の重要なワンステップを更に上ることが出来た。