統合化計算化学手法による高信頼性材料創製プロセスのコンビナトリアル的最適化

• Project/Area Number: 14040203
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 宮本 明 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (50093076)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠藤 明 東北大学, 流体科学研究所, 講師 (90344704) ; 久保 百司 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90241538) ; 高見 誠一 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (40311550)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥4,500,000 (Direct Cost: ¥4,500,000); Fiscal Year 2003: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2002: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: 統合計算化学手法 / 高信頼性 / 材料創製プロセス / コンビナトリアル / ケミカルメカニカルポリッシング / プラズマエッチング / キネティックモンテカルロ / 化学反応ダイナミクス / 最適化 / プラズマプロセス

Research Abstract

世界に先んじた次世代IT技術の確立のため、次世代高機能、超高速デバイスの創製を目標とした基盤技術の開発が急務となっている。特に、最近では計算化学が半導体や先端デバイス材料へ応用され大きな成果を挙げている。しかし、これらは実験的に構造・特性が既知の材料の電子・原子レベルでの理解に限られ、新材料探索や材料創製プロセス最適化といった実際のデバイス開発に役立つ理論設計にはほど遠い。そこで、本研究では、研究代表者が提案した「コンビナトリアル計算化学」とその実現のために開発した多数のプログラム群を応用し、高信頼性材料創製のためのプロセス最適化をコンビナトリアル的に行うことを目的とした。
昨年度までに、独自に考案した高速化量子分子動力学法を基礎としたケミカルメカニカルポリッシングプロセスシミュレータおよびプラズマエッチングプロセスシミュレータの開発に成功した。そこで、最終年度である本年度は、いくつかの重要な半導体プロセスのうち開発課題として残っているイオンインプランテーションプロセスシミユレータの開発を行った。特に、ソース・ドレイン接合の極浅化を実現するために、シリコン半導体への低エネルギーイオン注入による浅いBドープ層の形成ダイナミクスに着目した。その結果、Bイオンのチャネリングを防止し、より浅いBドーピングを実現するために、Si(001)面に関しては、表面に対して7度傾けてBイオンを照射することが有効な方法論であることが理論的に示された。これは半導体プロセス最適化に開発手法が有効であることを示すものである。

Research Products

• [Publications] K.Nishitani et al.: "Ab Initio Calculation of F Atom Desorption in Tungsten Chemical Vapor Deposition Process Using WF_6 and H_2"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 5751-5752 (2003)
• [Publications] Y.Yamamura et al.: "Materials Design of Perovskite-Based Oxide Ion Conductor by Molecular Dynamics Method"Solid State Ionics. 160. 93-101 (2003)
• [Publications] M.Elanany et al.: "A Quantum Molecular Dynamics Simulation Study of the Initial Hydrolysis Step in Sol-Gel Process"J.Phys.Chem.B. 107. 1518-1524 (2003)
• [Publications] D.Kamei et al.: "Computational Chemistry Study on the Dynamics of Lubricant Molecules under Shear Conditions"Tribology Intern.. 36. 297-303 (2003)
• [Publications] K.Konno et al.: "The Development of Computational Chemistry Approach to Predict the Viscosity of Lubricants"Tribology Intern.. 36. 455-458 (2003)
• [Publications] Y.Konishi et al.: "Possible Ferroelectricity in SnTiO_3 by First-Principles Calculations"MRS Symp.Proc.. 印刷中. (2004)
• [Publications] T.Yokosuka et al.: "A Theoretical Study on the Realistic Low Concentration Doping in Silicon Semiconductors by Accelerated Quantum Chemical Molecular Dynamics Method"Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).
• [Publications] T.Yokosuka et al.: "Quantum Chemical Molecular Dynamics Studies on the Chemical Mechanical Polishing Process of Cu Surface"Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).
• [Publications] K.Sasata et al.: "Quantum Chemical Molecular Dynamics Simulation on the Plasma Etching Processes"Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).
• [Publications] M.kubo et al.: "Theoretical Design of MgO Protective Layer for Plasma Display by Accelerated Quantum Chemical Molecular Dynamics Approach"Proceeding of 9th International Display Workshop. 753-756 (2002)
• [Publications] X.Wang et al.: "Electronic Structures and Spectroscopic Properties of Dimers Cu_2, Ag_2, and Au_2 Calculated by Density Functional Theory"Journal of Molecular Structure (Theochem). 579. 221-227 (2002)
• [Publications] S.Takami et al.: "The Fate of a Cluster Colliding onto a Substrate -Dissipation of Translational Kinetic Energy of the Cluster"Journal of Nanoparticle Research. 3. 213-218 (2002)