CVD反応管内の気相反応を伴う成膜過程のモンテカルロシミュレ-ション

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圧力が1Torr以下では連続流のナビエ・スト-クス方程式によるCVDによる膜成長速度の予測は意味を失い,ボルツマン方程式に基づかなければならない.本課題では,このような減圧下のCVD反応管内の成膜過程を原子・分子の立場からモンテカルロ直接法を用いて数値シミュレ-ションを行ったものである.反応性衝突を分子運動論的にどのようにモデル化するかがもっとも重要な課題となるが次のように行った.まず衝突する分子対の全エネルギ-があるしきい値以上であればある確率分布にしたがって活性化された分子が生成されて,直後に分解するというモデルを導入した.対象とする混合気体分子としてA,B,Cの3種を取り上げ次の2段階反応モデル:A+M→A^*+M,A^*→B+Cをシミュレ-ションに組み込んだ.ここにA^*はAの活性分子,Mは第3体でA,B,Cのいずれかである.熱分解しない衝突はすべて非弾性衝突とした.衝突後の状態はLarsenーBorgnakkeモデルにしたがって決定した.具体例としてくさび型基板上に成長するシリコン薄膜の成長速度を求めた.Aとしてシラン分子,Bとしてシリレン,Cとして水素分子の場合について,温度はすべて(流入するシラン分子,炉壁,基板)1000Kの条件下において数値シミュレ-ションを行った.基板上に衝突した分子のうちシリレンのみが蒸着確率P_dで蒸着し,基板上にシリコン膜が形成されるものとする.クヌ-セン数は0.01〜0.1,P_d=0.1〜1としてこれらのパラメ-タが膜成長速度にどのように影響するかを明らかにした.