Construction of thin film deposition model in CVD / ALD method considering chemical reaction and interfacial flow phenomenon

考虑化学反应和界面流动现象的CVD/ALD法薄膜沉积模型构建

基本信息

批准号：
21H01243
负责人：
徳増崇
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2021年度は、プラズマ援用化学気相体積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD）プロセスにおいて、H原子を含む、もしくは含まないSi(100)-(2×1)表面上のSiHx（x=2-4）の表面反応機構に対する基板温度の影響を明らかにするために、ReaxFF MDシミュレーションを実施した。既存のポテンシャルパラメータは、DFTで得られた気体分子の結合解離エネルギーに合うように最適化した。ガス分子の反応性に応じて、基板Si原子または被覆H原子の熱運動は、基板温度が高いほどガス分子を脱離する傾向が確認された。また、H原子を含まない清浄なSi基板上では、反応性の低い分子であるSiH4の場合、基板温度が低いと、表面拡散時にガス分子とSi原子が化学結合を形成するため、化学吸着確率が上昇する。一方、基板温度が高くなると、基板上のSi原子の熱運動によってガス分子が脱離するため、化学吸着確率は低下する。SiH3およびSiH2では、基板温度の上昇に伴い化学吸着確率はほぼ一定となる。H原子を取り込んだSi基板上では、反応性の高い分子であるSiH2に対して、基板温度が低い場合にはH原子を取り込むことで化学吸着確率が高くなり、基板温度が高い場合にはH原子を取り込んだ後の脱離により化学吸着確率が低くなる。SiH4とSiH3の化学吸着確率は、速やかに反射または脱離するため、ほぼ一定である。熱運動による脱離が表面反応に及ぼす影響は、H原子を含まない表面では反応性の低いガス分子、H原子を含む表面では反応性の高いガス分子で顕著であることがわかった。

2021年，我们将采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺沉积SiHx（x=2-），为了阐明衬底温度对4）中表面反应机制的影响，进行了ReaxFF MD模拟。对现有的电势参数进行了优化，以匹配通过 DFT 获得的气体分子的键解离能。已证实，根据气体分子的反应性，随着基板温度升高，基板Si原子或涂层H原子的热运动倾向于导致气体分子解吸。另外，在不含H原子的洁净Si衬底上，对于反应活性较低的SiH4分子来说，当衬底温度较低时，气体分子与Si原子在表面扩散时形成化学键，因此化学吸附的可能性增加。另一方面，当衬底温度升高时，由于衬底上Si原子的热运动，气体分子被解吸，因此化学吸附概率降低。对于 SiH3 和 SiH2，随着基底温度的升高，化学吸附概率几乎保持恒定。在掺入H原子的Si基板上，当基板温度较低时，化学吸附概率因掺入H原子而增加，而当基板温度较高时，H原子掺入后由于脱附而导致化学吸附概率降低。 SiH4 和 SiH3 的化学吸附概率几乎恒定，因为它们很快被反射或解吸。研究发现，热解吸对表面反应的影响对于在不含 H 原子的表面上具有低反应性的气体分子以及在含有 H 原子的表面上具有高反应性的气体分子来说是显着的。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Growth mechanism study of boron nitride atomic layer deposition by experiment and density functional theory

DOI：
10.1016/j.commatsci.2022.111919
发表时间：
2023-01
期刊：
Computational Materials Science
影响因子：
3.3
作者：
Naoya Uene;T. Mabuchi;M. Zaitsu;Yong-Gi Jin;Shigeo Yasuhara;T. Tokumasu
通讯作者：
Naoya Uene;T. Mabuchi;M. Zaitsu;Yong-Gi Jin;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

CVD/ALD薄膜成長における材料/プロセスと構造/組成の最適化に向けた反応性力場分子動力学法および密度汎関数法による数値シミュレーション研究

利用反作用力场分子动力学方法和密度泛函理论进行数值模拟研究，优化 CVD/ALD 薄膜生长中的材料/工艺和结构/成分