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。

在2021财年中，进行了reaxff MD模拟，以阐明底物温度对SIHX（X = 2-4）对SI（100） - （2×1）表面的表面反应机理的影响，该表面包含或不含H原子在血浆增强的化学蒸气沉积（PECVD）过程中。优化了现有的潜在参数以匹配使用DFT获得的气体分子的键解离能。根据气体分子的反应性，可以证实，底物中Si或涂层H原子的热运动往往会随着底物温度升高而吸引气体分子。此外，在不包含H原子的干净Si底物上，如果SIH4是一个具有低反应性的分子，如果底物温度较低，则在表面扩散期间气体分子和Si原子形成化学键，从而导致化学吸收率的增加。另一方面，当底物温度升高时，由于Si原子在底物上的热运动引起的气体分子解吸，从而导致化学吸附概率较低。对于SIH3和SIH2，随着底物温度的升高，化学吸附概率几乎变得恒定。在掺入H原子的Si底物上，合并高反应性分子SIH2，当底物温度低时，通过掺入H原子时，化学吸附概率会增加，当底物温度较高时，化学吸收概率在掺入H原子后由于降低而引起的化学吸附概率降低。 SIH4和SIH3的化学吸附概率几乎是恒定的，因为它们会迅速反映或解吸。发现由于热运动对表面反应引起的解吸作用对于不包含H原子的表面不具有反应性的气体分子以及高反应性气体分子在包含H原子的表面上具有更高的反应性。

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