2014 Fiscal Year Annual Research Report
真性応力に起因する微細パターン材の弾性不安定挙動の解明と形態制御
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25630006
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田中 展 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70550143)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
泉 聡志 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30322069)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 半導体 / 微細パターン材 / 真性応力 / 板理論 / 座屈 / 分子動力学法 / プラズマエッチング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，高性能半導体デバイスの微細化に伴い，基板-誘電材-マスク材間に生じる真性応力(残留応力)の影響が無視できなくなり，この真性応力に起因する微細パターン材の座屈不良が製造プロセス工程における歩留り低下の原因となっている．本研究では，半導体デバイス製造における設計指針の与えるため，より一般的な微細柔軟構造の形態制御手法を提案することを目的として，産業応用への貢献から応用力学に基づく新たな展開を視野に入れた萌芽的研究に取り組む．
平成25年度では，板理論を用いて半導体微細パターン材の数理モデルを構築した．そして，構築したモデルと実験との比較を行うことで，ドライエッチングプロセスを考慮した微細パターン材の座屈評価法が有効であることを示した．本年度は，座屈評価法の高精度化を図るため，実験的に測定が困難である酸化膜形成による真性応力に対して分子動力学法を用いた予測モデルの構築に注力した．具体的には，過去に本研究グループで開発したポテンシャル関数を用いてアモルファスシリコン構造を再現した．そして，酸素原子を当該構造に照射させるプラズマエッチングを模擬したマスク層の酸化膜形成シミュレーションを行った．本解析結果より，酸化膜近傍での最大圧縮応力が1GPaに達することが分かり，マスク層に表面酸化が半導体パターン材の座屈の大きく寄与することを明らかにした．さらに，得られた酸化膜厚さや真性応力の厚さ方向分布などの定量的パラメータを用いて有限要素法による詳細解析を実施し，微細パターン材の面外座屈評価の高精度化を達成した．以上より，ミクロな分子動力学法とマクロな連続体モデルを連携させた半導体微細パターン材の統合シミュレーションを開発した．
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