2021 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of thin film deposition model in CVD / ALD method considering chemical reaction and interfacial flow phenomenon
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21H01243
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
徳増 崇 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (10312662)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寒川 誠二 東北大学, 流体科学研究所, 特任教授(客員) (30323108)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | プラズマ援用化学気相体積法 / 表面吸着確率 / 表面拡散 / 反応分子動力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。計算にはLAMMPSソフトウェアパッケージを用い、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結合角のパラメータを微調整することで対応した。Si(100)表面は5つの層から構成し、1層は56個のSi原子で構成した。最表面である1層目には表面再構成を考慮して二量体を形成した。1層目および2層目は，表面反応への直接的な影響を防ぐために温度制御を行わず，3層目と4層目はBerendsen熱浴を用いて一定温度に制御した。最下層である5層目は基板垂直方向の振動を防ぐために固定した。基板温度は低温成膜から高温成膜における表面反応機構を解明するために300-1200 Kに設定した。Si(100)-(2×1)面の最表面Si原子上にH原子を配置することでH被覆表面を再現した．被覆H原子の数は0，9，18，27，56個とした。それぞれはH被覆率0.00，0.25，0.50，0.75，1.00に対応している。被覆H原子の上方には，高さ1.5 nmの真空領域を設定した。気体分子としては、Si薄膜の成長に重要な役割を果たすSiH4，SiH3，SiH2を選択した。気体分子の初期重心位置は，表面の影響を受けないように，被覆H原子から1 nm ;上方に設定し，平面方向（x-y平面）は無作為に設定した。1つの気体分子が表面に衝突し、衝突後の挙動によって表面反応を分類した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2021年度に予定されていたSi原子のポテンシャルの構築や計算系の構築などが全て終了し、PECVDのシミュレーションに着手する準備段階までは全て終了したため、申請時の予定と比較して順調に進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず今回構築した系において実際にシミュレーションを行い、並列化の状態や実行時間などを確認する必要がある。その結果に応じて計算系の大きさやサンプリング時間の長さなどを決定し、実際の大規模シミュレーションに入っていく予定である。
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