反応性希薄気体流れのマルチスケール解析と半導体製造プロセスへの応用

反应稀气流的多尺度分析及其在半导体制造工艺中的应用

• 批准号: 15760103
• 负责人: 崎山 幸紀
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760103/
• 关键词: マルチスケール解析; 分子動力学; NEB法; 表面反応; シリコン; CVDプロセス; シリコン薄膜

本年度は,昨年度に引き続いて表面反応素過程のマルチスケール解析を行なった.昨年度までの解析によってSiH_4分子の表面解離反応に関しては,既存の分子間ポテンシャルモデルでは実験結果を定量的に説明できないことが分かっている.これはモデルを構築する際に反応の活性化障壁及び経路を考慮していないためであると考えられる.そこで本研究では,提案されている複数の反応経路に対してNEB(Nudged Elastic Band)法を適用して反応の遷移状態を求め,その活性化エネルギーが既存のDFT(Density Functional Theory)計算の値に最も近くなるようにパラメータの最適化を行った.その結果,既存のモデルでは最大300%以上あったDFT計算との差異が50%程度まで低減された.そこで,この修正モデルを用いたMD(Molecular Dynamics)計算によって,入射SiH_4の初期条件(位置,姿勢)を種々に変化させた際の解離確率の並進エネルギー依存性を調べた.既存のモデルでは解離確率が実験値よりも1桁以上低かったが,修正モデルでは50%程度低い値を示すまで改善された.現段階でのモデルと実験値との差に関しては,活性化エネルギーの再現性の問題以外にも,入射初期のSiH_4の持っている回転・振動エネルギーが大きく影響していると考えられ,これは今後の課題である.しかしながら,本研究を通じてSiH_4からSi薄膜が形成されるメカニズムを解明するためのツールが得られたといえる.

This year, the analysis of the surface reaction process was carried out in the past year. The analysis of SiH_4 molecule surface dissociation reaction in the last year is related to the quantitative explanation of the existing intermolecular dissociation reaction. The activation barrier and the pathway for the reaction are considered. In this study, we propose that the NEB(Nudged Elastic Band) method be applied to the calculation of the transition state of the complex inverse loop, and that the activation process be optimized by the Density Functional Theory (DFT) calculation. As a result, the maximum difference between existing DFT calculations is more than 300%, and the difference between DFT calculations is less than 50%. In the calculation of MD(Molecular Dynamics), the initial conditions (position, posture) of incident SiH_4 are changed, and the dissociation accuracy is adjusted. The accuracy of the dissociation of existing samples is higher than 1%, and the correction is lower than 50%. In addition to the reproducibility problem of the activation of SiH_4, the influence of the initial phase of SiH_4 on the stability of SiH_4 is also discussed. In this paper, we study the formation of SiH_4 and Si thin films.